როგორ მუშაობს რადიოტელესკოპი და რას აკვირდება

რადიოტელესკოპი კოსმოსს ხილული სინათლით არ აკვირდება. ის იჭერს ელექტრომაგნიტური სპექტრის რადიოდიაპაზონში მოსულ ტალღებს, ზომავს მათ სიძლიერეს, სიხშირესა და დროში ცვლილებას, შემდეგ კი ამ მონაცემებს გამოსახულებად, სპექტრად ან მოკლე სიგნალების ჩანაწერად გარდაქმნის. მარტივად, ეს კოსმოსური „რადიოს“ ძალიან მგრძნობიარე მიმღებია, თუმცა მიღებულ ტალღებს პირდაპირ ხმებად არ გვასმენინებს.

ასეთი დაკვირვება ასტრონომებს საშუალებას აძლევს, შეისწავლონ ობიექტები და პროცესები, რომლებიც ჩვეულებრივ ოპტიკურ ტელესკოპში სუსტად ჩანს ან მტვრის ღრუბლებით არის დაფარული: ცივი გაზი, ვარსკვლავების წარმოქმნის რეგიონები, პულსარები და აქტიური გალაქტიკების ბირთვები.

როგორ აგროვებს სიგნალს რადიოტელესკოპი

რადიოტელესკოპის ამოსაცნობი ნაწილი ხშირად დიდი, თეფშის ფორმის მეტალის ანტენაა. მისი პარაბოლური ზედაპირი კოსმოსიდან მოსულ რადიოტალღებს ერთ წერტილში — მიმღებისკენ — მიმართავს. მიმღები ამ სუსტ ტალღებს ელექტრულ სიგნალად გარდაქმნის, აძლიერებს და ციფრულ მონაცემებად გადასცემს კომპიუტერულ სისტემას.

შემდეგი ეტაპი მხოლოდ „მოსმენა“ აღარ არის. პროგრამები სიგნალს ფილტრავს, ადარებს სხვადასხვა სიხშირეს, ეძებს პერიოდულ ცვლილებებს და გამოყოფს შესაძლო ჩარევას. შედეგად მეცნიერებმა შეიძლება მიიღონ:

• ცალკეული წყაროს რადიოგამოსხივების სიძლიერე;
• სპექტრი — სიგნალის განაწილება სიხშირეების მიხედვით;
• დროში სწრაფად ცვალებადი იმპულსების ჩანაწერი;
• რადიოგამოსხივების რუკა, ანუ გამოსახულება.

სპექტრი განსაკუთრებით ინფორმაციულია: გარკვეული სიხშირეების ხაზები ნივთიერების ქიმიურ შემადგენლობაზე, ფიზიკურ პირობებსა და მოძრაობაზე მიანიშნებს. ამიტომ რადიოდაკვირვება მხოლოდ შორეული ობიექტის „დანახვა“ არ არის — ის მისი გარემოსა და პროცესების წაკითხვის გზაცაა.

რით განსხვავდება ოპტიკური ტელესკოპისგან

ოპტიკური ტელესკოპი ხილულ სინათლეს სარკეებით ან ლინზებით აგროვებს. რადიოტელესკოპი კი ბევრად გრძელ ტალღებს იღებს. ამ სხვაობას მნიშვნელოვანი შედეგი აქვს: ერთი და იმავე კუთხური გარჩევადობის, ანუ ცაზე ერთმანეთთან ახლოს მდებარე დეტალების გარჩევის, მისაღებად რადიოინსტრუმენტი ფიზიკურად გაცილებით დიდი უნდა იყოს.

ამავე მიზეზით, რადიოანტენის ზედაპირი ოპტიკური სარკესავით იდეალურად გლუვი ყოველთვის არ არის საჭირო. გრძელი რადიოტალღები შედარებით უხეში მეტალის ზედაპირისგან ან ბადისგანაც ეფექტიანად აირეკლება.

რადიოდიაპაზონის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობაა მტვერში შეღწევა. კოსმოსური მტვერი ხილულ სინათლეს ხშირად ფარავს, მაგრამ რადიოტალღების ნაწილი მასში გადის. ასე ხდება შესაძლებელი გალაქტიკის ან ვარსკვლავთწარმომქმნელი ღრუბლის ისეთი უბნების შესწავლა, რომლებიც ოპტიკურ გამოსახულებაზე დაფარულია. რადიოტალღების დიდი ნაწილი დედამიწის ატმოსფეროშიც აღწევს, ამიტომ მსგავსი ობსერვატორიები ხშირად მიწაზე შენდება, თუმცა ატმოსფერო და იონოსფერო ზოგ სიხშირეზე მაინც ახდენს გავლენას.

რატომ აერთიანებენ რამდენიმე ანტენას

დიდი თეფში სუსტ სიგნალს უკეთ აგროვებს, მაგრამ ძალიან წვრილი დეტალების გასარჩევად ხშირად რამდენიმე ანტენის გაერთიანებაა საჭირო. ამ მეთოდს რადიოინტერფერომეტრია ეწოდება.

ყველა ანტენა ერთი და იმავე კოსმოსური წყაროდან მოსულ ტალღებს იღებს. მათი მონაცემები ზუსტად დროში სინქრონიზდება, ხოლო კორელატორი სიგნალებს ერთმანეთს ადარებს. ტალღების მოსვლის დროისა და ფაზის მცირე განსხვავებებიდან გამოითვლება, როგორ არის რადიოგამოსხივება განაწილებული ცაზე. ამ გზით იქმნება ე.წ. აპერტურის სინთეზით მიღებული გამოსახულება.

ინტერფერომეტრის გარჩევადობას ძირითადად ყველაზე დაშორებულ ანტენებს შორის მანძილი — ბაზისი — განსაზღვრავს. ეს ჰგავს ერთმანეთისგან დაშორებულ რამდენიმე „ყურს“: კომპიუტერი მათ ჩანაწერებს აერთიანებს, რათა მიმართულება და დეტალები უკეთ აღადგინოს. თუმცა სისტემას ავტომატურად ერთი გიგანტური თეფშის სრული შემგროვებელი ფართობი არ უჩნდება. ამიტომ მაღალი გარჩევადობა და ყველაზე სუსტი წყაროს აღმოჩენის უნარი ერთი და იგივე არ არის.

რას სწავლობენ რადიოასტრონომები

პულსარები სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავებია. მათი რადიოგამოსხივება დედამიწაზე პერიოდული იმპულსების სახით შეიძლება მოვიდეს. ამ პულსების დაკვირვება ეხმარება მეცნიერებს ნეიტრონული ვარსკვლავების ბრუნვის, მაგნიტური ველებისა და გარშემო არსებული გარემოს კვლევაში.

გაზისა და მტვრის ღრუბლები რადიოასტრონომიის მნიშვნელოვანი სამიზნეა. მაგალითად, ატომური წყალბადის 21-სანტიმეტრიანი ხაზი საშუალებას იძლევა, გამოიკვლიონ ცივი გაზის განაწილება და მოძრაობა. სხვა სპექტრული ხაზებით შესაძლებელია მოლეკულური ღრუბლებისა და ვარსკვლავთწარმომქმნელი რეგიონების ფიზიკური პირობების შეფასებაც.

გალაქტიკები, კვაზარები და აქტიური ბირთვები ხშირად ძლიერ რადიოგამოსხივებას წარმოქმნის. ის შეიძლება დაკავშირებული იყოს შავი ხვრელის გარშემო მატერიის მოძრაობასთან და მაღალი ენერგიის ნაწილაკების ჭავლების წარმოქმნასთან.

სწრაფი რადიოსიგნალები (FRB-ები) ძალიან ხანმოკლე, ჩვეულებრივ მილიწამიანი რადიოიმპულსებია. მათი წარმოშობის ყველა დეტალი საბოლოოდ დადგენილი არ არის. ცნობილია, რომ ზოგი FRB მაგნეტარებთან — ძლიერ მაგნიტურ ველთა მქონე ნეიტრონულ ვარსკვლავებთან — არის დაკავშირებული, მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ყველა ასეთი სიგნალი აუცილებლად ერთნაირი წყაროდან მოდის.

უცნაური სიგნალი უცხოპლანეტური სიცოცხლის მტკიცებულება არ არის

უჩვეულო სიგნალის აღმოჩენისას პირველი ამოცანაა იმის გარკვევა, საერთოდ კოსმოსიდან მოდის თუ არა ის. რადიოდაკვირვებებს ხელს უშლის დედამიწური ჩარევა: სატელეკომუნიკაციო სისტემები, რადიოსიგნალები, ელექტრონული მოწყობილობები, ელექტროგადამცემი ხაზები, ავტომობილები, ელვა და იონოსფეროს ეფექტები.

ამიტომ უნდა გაიმიჯნოს აუხსნელი ჩანაწერი, დადასტურებული ასტრონომიული წყარო და შესაძლო ტექნოსიგნატურა — ნიშანი, რომელიც ტექნოლოგიურ ცივილიზაციაზე შეიძლება მიუთითებდეს. ერთი სიგნალი საკმარისი არ არის. საჭიროა მისი განმეორებით დაფიქსირება, სხვა ობსერვატორიებით დამოუკიდებელი შემოწმება, ჩარევის გამორიცხვა, წყაროს ცაზე ზუსტი ლოკალიზება და ბუნებრივი ასტროფიზიკური ახსნების შემოწმება.

ამგვარი ფრთხილი ანალიზი რადიოასტრონომიას საიმედო მეცნიერებად აქცევს: ყველაზე მოულოდნელი სიგნალიც ჯერ მონაცემია, რომლის წარმოშობაც მტკიცებულებებით უნდა დადგინდეს.