Radijski valovi iz vesolja

Tokrat znova zremo v nebo, od koder izvirajo radijski valovi, ki drugače kot valovi, prek katerih nas poslušate, prihajajo iz vesolja. Morda se še spomnite lanskega poleta radijske kukavice, ki smo jo v poklon 85-letnici Radia na Slovenskem s pomočjo dobro usmerjene antene poslali  na Luno. Tam se je odbila in se vrnila na Zemljo.

Radioamaterji na ta način vzpostavljajo najzahtevnejše in najbolj zanimive zveze, saj večina človeške komunikacije in prenosa informacij na daljavo  temelji na pojavu valovanja.  Radijski signal pa seže do vsakega še tako oddaljenega koščka Zemlje in tudi najdlje v vesolje.

Z radijskimi valovi pa lahko preučujemo redko snov med zvezdami, ki je včasih tako hladna, da ima temperaturo komajda nad absolutno ničlo, včasih pa se segreje do več milijonov stopinj. Za to delo astronomi uporabljajo radijske teleskope s tako velikimi krožniki, da je vaša ali naša satelitska antena ob njej le drobna pikica. Poleg tega antene povezujejo v skupine, skupno opazovanje radijskega izvora iz teleskopov, ki so včasih celo na različnih kontinentih, pa izjemno izboljša podrobnosti  dobljene slike

V radioastronomiji je doma Michael Garrett,  direktor nizozemskega inštituta za radijsko astronomijo ASTRON in profesor radioastronomije na Univerzi v Leidnu. Raziskuje predvsem nastanek zvezd, aktivna galaktična jedra in časovno spremenljive objekte. Posebej je dejaven pri razvoju novih opazovalnih tehnik in pri iskanju morebitnih inteligentnih radijskih signalov iz vesolja. Do zdaj je objavil več kot 100 znanstvenih člankov, njegova dela so drugi raziskovalci citirali skoraj 2-tisočkrat. 

Profesor Garrett, pred kratkim ste odprli obnovljeni in zgodovinsko pomembni radijski teleskop Dwingeloo. Ob tej priložnosti ste z njim poslali radijski signal, ki se je odbil od Lune. Kaj nam taki odmevi lahko povedo o našem Osončju?

Res je, znova odpiramo zgodovinski radijski teleskop, ki ga zdaj namesto profesionalnih astronomov uporabljajo ljubitelji. Z njim lahko pošljete radijski signal proti Luni in poslušate njegov odboj. Če sem odkrit, to za znanost danes ni več pomembno, ljubitelji pa lahko z njim naredijo marsikaj. Z odbojem na Luni ali na sledeh meteorjev si lahko pošiljajo kratka sporočila. Namesto da bi se naučili kaj povsem novega o Osončju, tako pomagamo ljubiteljem in predvsem popularizaciji znanosti.  Z odboji od Lune lahko tudi vzpostavimo radijsko zvezo med dvema oddaljenima točkama na Zemlji.

Radijski teleskop Dwingeloo

Radijski teleskop Dwingeloo

Za znanost pa je pomembna radarska astronomija, ko z enim teleskopom pošljemo snop radarskih valov proti telesu, kot je Luna, planet ali asteroid, z drugim pa nato zabeležimo čas in obliko odboja. Tako lahko natančno izmerimo razdaljo do opazovanega telesa, ugotovimo obliko odbojne površine tega telesa in zelo natančno določimo tudi hitrost njegovega približevanja oziroma oddaljevanja in vrtenja.

To je lahko zelo pomembno, še zlasti če je opazovano telo majhno in zato oblike telesa ne morete razločiti drugače. Primer so asteroidi: to so majhna telesa, ki navadno odbijejo le majhen del vidne svetlobe, zato jih je najbolje opazovati z radarskim odbojem.

Pa seveda Venera, katere površje je pokrito z zelo debelo in v vidni svetlobi neprozorno plastjo atmosfere. Z radarskimi valovi lahko prodremo do Venerinega površja in tako izdelamo podrobne reliefe njenih gora in kotlin. Iz odbojnosti lahko sklepamo celo, ali je površje posuto s skalami in kamenjem ali pa je gladko. Kot rečeno, pa zgodovinski teleskop v Dwingelooju zdaj služi predvsem ljubiteljem.

Je res, da so vaši teleskopi tako natančni, da z njimi celo opazujete, kako se zaradi gibanja tektonskih plošč počasi premikajo med sabo?

Tu verjetno mislite na tehniko interferometrije z zelo dolgo osnovnico. V tem primeru združimo opazovanja s teleskopi, ki stojijo na različnih krajih. Pri nas imamo inštitut JIVE, ki združuje evropske radijske teleskope. Pogosto opazujemo zelo oddaljen radijski izvor, na primer jedro oddaljene aktivne galaksije, za katero lahko rečemo, da se ne premika po nebu.

Ko združimo opazovanja takega izvora, ki ga hkrati opazujemo z različnimi teleskopi, lahko poleg podrobnosti o naravi izvora ugotovimo tudi, ali se je razdalja med uporabljenimi teleskopi spremenila glede na opazovanja v preteklosti. Razlog so lahko gibanja tektonskih plošč. Kot vemo, se celine približujejo ali odmikajo med seboj, in to z radijskimi astronomskimi opazovanji lahko merimo. Poleg premikanja tektonskih plošč opazimo tudi hitrejše spremembe.

Teleskopi se dvigajo in spuščajo s plimo in oseko, ki vplivata tudi na Zemljino skorjo, obenem pa se teleskopi blizu obale ob plimi nekoliko pogreznejo zaradi dodatne teže bližnjega morja.

Opazimo tudi počasnejša gibanja. Med zadnjo ledeno dobo je bila severna Evropa okovana v led. Zdaj ledu ni več, vendar se površje zaradi manjše obremenitve še vedno počasi dviga. Medsebojno gibanje teleskopov je torej precej zapleteno, z njegovo pomočjo lahko marsikaj izvemo tudi o Zemlji in njeni strukturi. Precej geofizikov uporablja naše meritve za raziskave Zemljine notranjosti. Tako z radijsko interferometrijo preučujemo vesolje in Zemljo.

Radijske valove navadno zbiramo z velikimi paraboličnimi krožniki, ki jih obrnemo proti izvoru in so podobni tistim na komunikacijskih stolpih. Je to mogoče narediti tudi bolj zvito in brez nerodnega obračanja teh velikih krožnikov?

Ko ljudje pomislijo na radijski teleskop, si pogosto predstavljajo velik vbokel krožnik. Vendar so ti  teleskopi lahko tudi drugačni. Omenili ste komunikacijske stolpe: nekateri imajo krožnike, drugi pa ne. Pogosto krožnike nadomestimo s skupino preprostih paličnih anten. Ko signale iz posameznih anten združujemo, jih med seboj časovno zamaknemo in tako dosežemo, da je celotna skupina anten občutljiva le za izvor iz določene smeri. Taka skupina anten deluje kot velik krožnik, ker pa časovne zamike lahko naredimo z elektroniko, lahko opazujemo v različnih smereh brez obračanja.

Podobno  kot komunikacijski stolpi delujejo tudi astronomske radijske antene. Zlasti pri valovnih dolžinah radijske svetlobe, daljših od nekaj deset centimetrov, ne uporabljamo velikih vboklih krožnikov, ampak veliko število paličnih anten, ki jih potem z elektroniko združimo v enoten sistem. To je precej ceneje: izognete se velikim jeklenim konstrukcijam, ki so potrebne za podporo in obračanje velikih krožnikov. Ste tudi veliko bolj prilagodljivi. Smer opazovanja lahko spremenite v trenutku, medtem ko potrebujete za obračanje velikega krožnika proti naslednjemu izvoru celo po več minut. Če signal z vsake antene shranite posebej, lahko zatem prilagodite elektronsko združevanje signalov posameznih anten. Tako teleskop lahko hkrati gleda v različne smeri, kar seveda z vboklim krožnikom ni mogoče.

Pulzarji so utripajoči radijski izvori, povezani z zelo majhnimi in masivnimi hitro vrtečimi se zvezdami. Nedavno ste sodelovali pri pomembnem odkritju, ki je bilo objavljeno v reviji Science. Je jasno, od kod prihajajo ti radijski valovi?

Prof. Michael Garrett

Prof. Michael Garrett

Pri tem delu sem sodeloval s kolegi, sam nisem specialist za tovrstne izvore. Kot ste dejali, so pulzarji mrtve zvezde, ki pa imajo več snovi kot naše Sonce, vendar so se skrčile na velikost vsega nekaj kilometrov. Med krčenjem se začnejo zelo hitro vrteti, močno pa se zgostijo tudi njihova magnetna polja.  Ta izjemno močna magnetna polja pospešujejo kakršne koli delce z električnim nabojem, ki se znajdejo v bližine take zvezde.

Že pred dobrim stoletjem je James Clark Maxwell pokazal, da taki pospešeni delci sevajo svetlobo. Pulzarji zato sevajo v svetlobi, ki jo sevajo nabiti delci, zlasti elektroni, ki se spiralno gibljejo v močnih magnetnih poljih nad površjem pulzarja, še posebej nad njegovima magnetnima poloma. Taka pulzarska zvezda deluje kot hitro vrteč se svetilnik, ki seva močna snopa svetlobe iz okolice obeh magnetnih polov.

Ko nas svetloba z enega od polov oplazi, vidimo svetel blisk, sicer pa je pulzar precej temen. Ritmično bliskanje je torej značilno za pulzarje. Ker se pulzarji zavrtijo enkrat, nekateri pa celo skoraj tisočkrat v sekundi, je njihovo bliskanje lahko tudi zelo hitro. Ker je bliskanje posledica hitrega vrtenja celotne zvezde, ki ima veliko snovi, jo je težko zavrteti hitreje ali počasneje. Pulzarji so zato zelo natančne ure. Tako jih lahko uporabimo za preverjanje Einsteinove teorije relativnosti, ker pa so to zelo zgoščeni in masivni objekti, lahko v posebnih primerih opazimo celo, da izgubljajo energijo s sevanjem gravitacijskih valov.

Hanijin objekt in antični mehanizem z Antikitera sta povezana z vesoljem. Prvi ima opraviti z oddaljenimi galaksijami, drugi pa z gibanjem Sonca in Lune. Tu se zdi, da se podobnost konča ‒ ali pa se morda motim?

Hannís Voorwerp je odkrila učiteljica biologije, ki je kot del javnosti sodelovala pri projektu Galaktični živalski vrt. V okviru tega projekta je veliko ljudi pregledovalo slike oddaljenih galaksij. Moja prijateljica Hanny van Arkel je na sliki ene od tisočev galaksij, ki jih je pregledala, našla nenavaden oblak. Izkazalo se je, da gre za zelo nenavaden izvor, ki nam pove veliko o razvoju galaksij in črnih lukenj.

Tudi mehanizem z Antikitere je podoben v tem, da so ga odkrili po naključju. Med potapljanjem v Sredozemlju so odkrili ostanke antične ladje, ki je potonila pred dvema tisočletjema. Med številnimi ostalinami je bil tudi ta mehanizem. Na prvi pogled ni bil posebej privlačen, vseeno pa se je potapljač odločil, da ga prinese na površje. Odkritje je bilo torej povsem naključno, podobno kot Hannís Voorwerp. V obeh primerih je moral nekdo pomisliti, da se mu to zdi zanimivo, in je predmet prinesel iz morja ali označil na zaslonu računalnika. Pomembna sta torej človeško sklepanje in odločitev, da se nekaj zdi zanimivo in nenavadno.

Mehanizem z Antikitere je za zdaj edini, kljub temu pa nam dokazuje, da so pred dvema tisočletja v Grčiji, Italiji in na Siciliji znali izdelovati prvovrstne ure. Če ne bi bilo tega naključnega odkritja, o tem ne bi vedeli nič. Kot kaže, se je umetnost urarstva nato za dobro tisočletje izgubila in so jo znova odkrili šele v 15. stoletju. Naključna odkritja so torej pomembna tako na nebu kot v zvezi s sposobnostmi merjenja časa in koledarja v antiki.

*Celoten pogovor v angleškem jeziku: