ستاره شناسی رادیویی
تاریخ انتشار: پنجشنبه 10 اسفند 1391 - 0:00

برای بسیاری از مردم عجیب است که، ستاره شناسی رادیویی مستلزم گوش دادن به ET تلفن خانه، نیست.جستجوی هوش­های فرا زمینی(SETI = the search for extraterrestrial intelligence)، یک بخش نسبتاً کوچکی از ستاره شناسی رادیویی را نشان می­دهد.

 

به نظر می­رسید که درک عمومی از ستاره شناسی رادیویی، تصاویر ستاره شناس­ها را در فاستونی تنگ پوشش هدفون­ها برای آشکار کردن سیگنال­های ضعیف پوشیده شده در نوفه­های کیهانی، احضار می­کند.

با یک بررسی واقعی­تر درمی­یابیم که، ستارهشناسی رادیویی به ستاره­شناسی اپتیکی که در آن از تلسکوپ­ها (ابزارهایی که تصاویر را آشکار کرده و بزرگ می­کنند) برای مشاهده­ی کیهان استفاده می­شود، خیلی شبیه است. تفاوت در این است که، تلسکوپ­های اپتیکی تصاویری را نشان می­دهند که ترکیب آشنایی دارند (یعنی آن­ها تصاویر را در فرکانس­هاییکه ما می­توانیم مستقیماً مشاهده کنیم نشان می­دهند) در حالی­که تلسکوپ­های رادیویی کیهان را در فرکانس­های خیلی پایین­تر مشاهده می­کنند.

اکثر ما تصاویر عالی به دست آمده از تلسکوپ فضایی هابل را دیده­ایم. مطمئناً این تصاویر نه فقط یک دید کلی از شگفتی­های جهان را به ما می­دهند بلکه ذاتاً به ما یک حس ترس را منتقل می­کنند. متاسفانه وسیله­ی ورودی اولیه­ی حسی ما انسان­ها (چشمانمان)، پهنای نواری (گستره­ی فرکانس­های الکترومغناطیسی یا رنگ­هایی که چشمانمان به آن­ها حساس است ) خیلی محدودی دارد. و وقتی تصاویر به ما می­رسند، رازدار باقی می­مانند. به عنوان یک نتیجه،اکثر آنچه که در جهان اتفاق می­افتد از دید ما مخفی می­ماند.

برای راحتی، هر رنگ را می­توانیم یک فرکانس مختلف در نظر بگیریمو عمده­ی پالت رنگی که کیهان با آن نقاشی شده است، برای چشمان ما غیر قابل رویت است.تنها راه منطقی این است که با ابزارگزینی،حساسیتمان رابه سایر فرکانس­های طیف الکترومغناطیسی،گسترش دهیم. تلسکوپ رادیویی یکی از این ابزارها است. تلسکوپ رادیویی به ما اجازه می­دهد که جهان را در فرکانس­های پایین­تر از توانایی دیداری خودمان مشاهده و تصویربرداری کنیم که به ترتیب اکثر آنچه را که در جهان رخ می­دهد آشکار می­کند. به علت اینکه فرکانس­های رادیویی خاص، از بین گردو غبارهای مزاحم و ابرهای گازی به راحتی عبور می­کنند، حالا ما می­توانیم اشیایی را که قبلاً از دید ما مخفی بودند، مطالعه کنیم.

همچنین از آنجایی­که گازها، مولکول­ها و مواد خاص موجود در جهان، در فرکانس­های رادیویی نور را هم جذب می­کنند و هم گسیل می­کنند، این ساختارها می­توانند توسط تلسکوپ­های رادیویی مستقیماً مشاهده شوند.این توانایی نه فقط به ناظر اجازه میدهد که از این اشیا تصویر برداری کند بلکه به ناظر اجازه می­دهد اطلاعات بیشتری مانند ترکیب، سرعت، دماو جرم را جمع آوری کند.

گستره­ی فرکانس­های تشکیل دهنده­ی طیف رادیویی بسیار وسیع است، بنا بر این گوناگونی و انواع وسایلی که تلسکوپ­های رادیویی را تشکیل می­دهند، در طرح و اندازه و پیکربندی تغییر خواهند کرد. در فرکانس­های پایین (فرکانس 10 MHz - 100 MHz یا طول موج3m -30m)، ابزارها معمولاً آرایه­هایی از آنتن­هایی شبیه به آنتن­های تلویزیونی یا به صورت بازتابنده­های غول پیکر ثابتی، نسبت به نقاط کانونی قابل تغییر، هستند. بعضی­ها بیش از 30 متر ارتفاع تا 50 متر عرض دارند. در فرکانس­های بالاتر(فرکانس 100 MHz to 1GHz یا طول موج 30cm – 3m)،از بازتابنده­های کروی یا سهموی (شلجمی) بسیار بزرگ استفاده می­شود. مانند  دیش کروی بسیار بزرگ در پرتوریکو و آرکیبو.در فرکانس­های 10 GHz -  1 GH(طول موج 30 میلی­متر تا 30 سانتی­متر)، از بازتابنده­های سهموی متوسط تا بزرگ با قطری در حدود 5-90 متر استفاده می­شود. این بازتابنده­ها کاملا مفصل­دار هستند و به راحتی می­توانند هر شی­ای را با سمتگیری به سمتآن، مشاهده کنند. برای فرکانس­های بالای 10GH (طول موج­های 3 – 30 میلی­متر)، از بازتابنده­های سهموی بسیار ظریف با قطری در حدود 3 – 20 متر استفاده می­شود. این بازتابنده­ها به آینه­ها شبیه­تر هستند و از لحاظ گرمایی پایدارند به علاوه ازآنجایی­که انحنای سطح، در استانداردهای مورد نیاز نگه داشته می­شود،توسط ساختارهای پیچیده پشتیبانی می­شوند. درصد خطای سطح این بازتابنده­هابرای تلسکوپ­های رادیویی که در ناحیه­ی طول موج­های میلی­متر یا کمتر از میلی­متر کار می­کنند در نگه داشته می­شود. هر نوع وسیله، یک مجموعه­ی جدید از رنگ­ها را که با آن رنگ­ها ستاره شناس­ها می­توانند جهان را مشاهده کنند، آشکار می­کند.

از آنجایی­که طول موج نور مرئی در مقایسه با قطر وسیله­ی کانونی ساز(آینه یا عدسی)، در تلسکوپ­های اپتیکی کوچک است، تلسکوپ­های اپتیکی چنین تصاویر واضحی ارائه می­دهند. در مقایسه، امواج رادیویی طول موج بزرگی دارند نمی­توانند در تصاویر واضح کانونی شوند. آن­ها نسبتاً تمایل دارند با یکدیگر تداخل کنند زیرا وسیله­ی کانونی ساز (بازتابنده)، در مقایسه با طول موج کوچک است.

برای ساختن یک تلسکوپ رادیویی در طول موج 10 میلی­متر با توانایی تصویربرداری یک تلسکوپ اپتیکی کوچک 4 اینچی، به یک بازتابنده با قطری در حدود 2 کیلومتر نیاز است، مسلماً چنین اندازه­ی بزرگی عملی نیست. در نگاه اول ممکن است چنین به نظر برسد که مشاهدات ستاره­شناسی رادیویی جزئیات کمی خواهند داشت و داده­های نسبتاً مبهمی را جمع­آوری خواهند کرد.

این واقعیت که نور و امواج رادیویی تمایل دارند با یکدیگر تداخل کنند به تکنیکی معروف به "تداخل سنجی" منجر می­شود. تداخل سنجی به ما اجازه می­دهد عملکرد دو یا چند آنتن بشقابی که دور از هم یا در آرایه­ها (مانند VLA "Very Large Array" در نیومکزیکو)قرار گرفته اند، مانند این باشد که آن­ها یک آنتن بزرگ هستند (ترکیب روزنه). تداخل بین سیگنال­های هر یک از آنتن­های گیرنده، با معرفی تصحیح­های زمانی، به ما اجازه می­دهد که با استفاده از تبدیل فوریه تصاویر را بازسازی کنیم. حالا می­توانیم با قرار دادن چند آنتن در فاصله­ی 2 کیلومتری و همبسته سازی داده­ها به تفکیک پذیری یک آنتن 2 کیلومتری برسیم. با استفاده از این فن، رسیدن به تفکیک پذیری از مرتبه­ی میلی ثانیه گاوسی امکان­پذیر است. یک میلی ثانیه­ی گاوسی تقریباً با مشاهده­ی یک ربع در نیویورک از لوس آنجلس معادل است.

با ظهور پردازش سیگنال دیجیتالی(DSP=Digital Signal Processing)، کامپیوترهای سریع­تر و کوچکتر و معرفی تقویت کننده­های ابررسانا، ستاره شناسی رادیویی با سرعت وحشتناکی پیشرفت کرد. آرایه­های جدید آنتن­ها طراحی و ساخته می­شوند. بعضی شامل بیش از هزار آنتن جداگانه هستند که هماهنگ با هم عمل می­کنند و تفکیک پذیری­ای در حد تفکیک پذیری یک تلسکوپ اپتیکی ارائه می­دهند. آرایه­های دیگر یک هکتار را می­پوشانند و یکی در جلو به عنوان "آرایه­ی فازی" یک کیلومتر مربع را می­پوشاند، که توانایی­های تصویربرداری­ای را ارائه می­دهد، که قبلاً تجربه نشده بود. به نظر می­رسد آینده برای ستاره شناسی رادیویی، روشن­تر از همیشه باشد.

Jim Fredsti is a Research Engineer at

Owens Valley Radio Observatory,

California Institute of Technology,

Big Pine, California, USA.

این مطلب را می پسندید؟
می پسندم
نظرات

شما هم نظر بدهید...
نام شما
پست الکترونیک
 
ارسال نظر
این مطلب را به اشتراک بگذارید...