Live τώρα    
20°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Ελαφρές νεφώσεις
20 °C
19.2°C21.2°C
3 BF 71%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Ασθενής ομίχλη
17 °C
13.6°C19.4°C
2 BF 78%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
18 °C
17.7°C19.4°C
3 BF 67%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Σποραδικές νεφώσεις
25 °C
22.7°C24.8°C
6 BF 33%
ΛΑΡΙΣΑ
Ελαφρές νεφώσεις
17 °C
16.8°C18.5°C
0 BF 82%
Ραδιοαστρονομία και το ραδιοτηλεσκόπιο LOFAR
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Ραδιοαστρονομία και το ραδιοτηλεσκόπιο LOFAR

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και ατμοσφαιρικά «παράθυρα»

Το ορατό φως που μπορούμε να αντιληφθούμε με τα μάτια μας αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, δηλαδή του συνόλου των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που υπάρχουν στο Σύμπαν. Συχνά χρησιμοποιούμε τον όρο «φως» για να περιγράψουμε όλες αυτές τις ακτινοβολίες ακόμα κι αν δεν μπορούμε να τις δούμε. Αυτές είναι οι ακτίνες Χ και γ, η υπεριώδης, η υπέρυθρη και τα ραδιοκύματα.

Από αυτές, τα ραδιοκύματα έχουν το μεγαλύτερο μήκος κύματος και, ταυτόχρονα, μικρότερη συχνότητα και μας είναι γνωστά διότι τα χρησιμοποιούμε ευρέως στις τηλεπικοινωνίες. Χάρη στην ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών επικοινωνίας και ανίχνευσης (ραντάρ), οι αστρονόμοι έχουν διαπιστώσει ότι πολλές διεργασίες στο Σύμπαν εκπέμπουν, μεταξύ άλλων, και σημαντικά ποσά ραδιοφωνικής ακτινοβολίας.

Η μελέτη της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τα ουράνια αντικείμενα δεν είναι το ίδιο εφικτή για όλα τα είδη ακτινοβολίας από την επιφάνεια της Γης. Το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, κυρίως το πιο βλαβερό, που περιλαμβάνει τις υπεριώδεις και τις ακτίνες Χ και γ, αποκόπτεται από την ατμόσφαιρα καθιστώντας εφικτή τη ζωή στη Γη. Ταυτόχρονα, καθιστά αδύνατη την εγκατάσταση κατάλληλων τηλεσκοπίων και ανιχνευτών για τη μελέτη τους και μόνο με διαστημικά παρατηρητήρια είναι αυτή δυνατή.

Ο κλάδος της αστρονομίας που μελετά την εκπομπή των ραδιοκυμάτων από το Σύμπαν ονομάζεται ραδιοαστρονομία. Η ραδιοαστρονομία μετρά μόλις μερικές δεκαετίες ζωής και οι δυνατότητές της έχουν αρχίσει να αξιοποιούνται πρόσφατα, προσφέροντάς μας τεράστιο όγκο νέων δεδομένων και γνώσεων για το Σύμπαν.

Αν και τα ραδιοκύματα ήταν γνωστά από τις τελευταίες δεκαετίες του 19ου αιώνα, η πρώτη ανίχνευση ραδιοκυμάτων από τον ουρανό έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 1930, όταν ο Αμερικανός Karl Jansky παρατήρησε τη ραδιοφωνική ακτινοβολία από το κέντρο του Γαλαξία μας, στον αστερισμό του Τοξότη.

Χαρακτηριστική μορφή ενός ραδιοτηλεσκοπίου είναι αυτή ενός παραβολικού δίσκου, ενός «πιάτου», όπως αυτά που βρίσκονται στο Arecibo ή στην έρημο Atacama, ωστόσο και μια απλή κεραία μπορεί να λειτουργήσει ως ραδιοτηλεσκόπιο υπό κατάλληλες συνθήκες.

Το Σύμπαν στα ραδιοκύματα

Τα ραδιοκύματα έχουν μήκος κύματος από μερικά εκατοστά μέχρι πολλά μέτρα, δηλαδή δεκάδες εκατομμύρια φορές μεγαλύτερα από τα μήκη κύματος της ορατής ακτινοβολίας. Αυτό σημαίνει ότι μεταφέρουν και αντίστοιχα μικρότερη ενέργεια. Ωστόσο, ραδιοκύματα εκπέμπονται από ένα πλήθος διεργασιών σε αστροφυσικά συστήματα.

Οι κεντρικές περιοχές των γαλαξιών, οι οποίες περιέχουν συνήθως υπερμεγέθεις μελανές οπές, εκπέμπουν έντονα στην περιοχή των ραδιοκυμάτων. Χαρακτηριστικοί σχηματισμοί είναι οι ραδιολοβοί, δηλαδή εκτεταμένες περιοχές εκπομπής ραδιοκυμάτων οι οποίες βρίσκονται εκατέρωθεν του Γαλαξία και οφείλονται και οφείλονται στις υπερμεγέθεις μελανές οπές που βρίσκονται εκεί. Οι ραδιολοβοί δεν είναι ανιχνεύσιμοι στα ορατά μήκη κύματος. Επιπλέον, στα ραδιοκύματα μπορούμε να ανιχνεύσουμε εκτεταμένες περιοχές ατομικού υδρογόνου, οι οποίες σχηματίζονται μεταξύ των γαλαξιών λόγω της αλληλεπίδρασής τους.

Εκτός από τους γαλαξίες, ραδιοκύματα εκπέμπονται από τα υπολείμματα εκρήξεων σουπερνόβα και από νέφη ιονισμένου υδρογόνου τα οποία βρίσκονται σε διάφορες περιοχές στον Γαλαξία μας.

Τέλος, χαρακτηριστική εκπομπή ραδιοκυμάτων είναι η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, η οποία αποτελεί τον απόηχο της μεγάλης έκρηξης και ανακαλύφθηκε το 1964 από τους Penzias και Wilson, οι οποίοι τιμήθηκαν με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1978.

Τα πλεονεκτήματα της Ραδιοαστρονομίας

Όπως ήδη αναφέρθηκε, η γήινη ατμόσφαιρα είναι διαπερατή σε ένα ευρύ φάσμα ραδιοφωνικών κυμάτων. Αυτό το γεγονός μας δίνει τη δυνατότητα να συλλέξουμε σχετικά εύκολα αυτή την ακτινοβολία και να παρατηρήσουμε φαινόμενα που δεν είναι ορατά σε άλλα μήκη κύματος, από την επιφάνεια της Γης, χωρίς να χρειάζεται να στείλουμε κάποιο όργανο στο διάστημα. Αυτό καθιστά τη ραδιοαστρονομία μια σχετικά λιγότερο δαπανηρή πρακτική.

Ταυτόχρονα, με τη ραδιοαστρονομία έχουμε τη δυνατότητα να επιτύχουμε τεράστια διακριτική ικανότητα, συγκριτικά με αυτή σε άλλα μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, μέσω της τεχνικής της συμβολομετρίας.

Η τεχνική αυτή μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε συστοιχίες μεγάλου αριθμού ανιχνευτών σε μεγάλες αποστάσεις, οι οποίοι λειτουργούν σαν ένας τεράστιος ανιχνευτής. Όσο μεγαλύτερη είναι η ενεργή επιφάνεια αυτού του ανιχνευτή, τόσο αμυδρότερες πηγές μπορεί να παρατηρήσει και με μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα. Για αυτόν τον λόγο συναντάμε συστοιχίες ραδιοτηλεσκοπίων όπως αυτές που βρίσκονται στο Μεξικό, στη Χιλή και αλλού. Συχνά, οι επιμέρους ανιχνευτές αυτών των τηλεσκοπίων μπορούν να μετακινούνται αλλάζοντας τη διάταξη και τις δυνατότητες της συστοιχίας.

Το LOFAR

Το LOFAR (Low Frequency Array) είναι ένα διεθνές δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων, τα οποία βρίσκονται σε διάφορες ευρωπαϊκές χώρες, όπως η Ολλανδία (στην οποία βρίσκεται το μεγαλύτερο μέρος), η Γερμανία, η Ιρλανδία, το Ηνωμένο Βασίλειο, η Γαλλία και η Σουηδία. Πρόκειται για μια συνεργατική και καινοτόμα προσπάθεια που αξιοποιεί έναν μεγάλο αριθμό από δέκτες (κεραίες) σχετικά χαμηλού κόστους. Η αρχική κατασκευή περιλάμβανε είκοσι σταθμούς σε κοντινή απόσταση στο Exloo της Ολλανδίας και άλλους είκοσι τοποθετημένους σε αποστάσεις εντός περίπου 100 χιλιομέτρων μέσα στην ίδια χώρα, σε μια διάταξη λογαριθμικών σπειρών. Στη συνέχεια, κατασκευάστηκαν οι σταθμοί και στις υπόλοιπες χώρες, αυξάνοντας τη συνολική έκταση του LOFAR σε μια ακτίνα περίπου 1.000 χιλιομέτρων.

Ενώ για τα κλασικά ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία αποτελούνται από συστοιχίες παραβολοειδών κατόπτρων, είναι δυνατή η παρατήρηση μόνο ενός στόχου, με τη διάταξη κεραιών του LOFAR είναι δυνατή η ταυτόχρονη παρατήρηση ολόκληρου του ουρανού. Με αυτό τον τρόπο, η συστοιχία των ανιχνευτών αποκτά μεγάλη ευελιξία ως προς το είδος των παρατηρήσεων που μπορούν να γίνουν, επιτρέποντας την παρατήρηση μέχρι οκτώ διαφορετικών πηγών ραδιοκυμάτων στον ουρανό. Έχοντας κατανείμει τους σταθμούς σε αποστάσεις μέχρι και 1.000 χιλιομέτρων μεταξύ τους, η συνολική επιφάνεια συλλογής των ραδιοκυμάτων είναι τεράστια, με αποτέλεσμα στο σύνολό τους οι σταθμοί να λειτουργούν ως ένα τεράστιο τηλεσκόπιο. Κατά συνέπεια, η διακριτική ικανότητα και η ευαισθησία του LOFAR είναι πολύ μεγάλες σε σύγκριση με τα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια. Αυτό του δίνει τη δυνατότητα να μπορεί να παρατηρήσει πολύ μικρές, σχετικά, περιοχές σε αντικείμενα όπως γαλαξίες και μεσοαστρικά νέφη.

Το LOFAR παρατηρεί τον ουρανό στο εύρος συχνοτήτων μεταξύ 30 και 240 MHz (μεγάκυκλους), με ένα κενό στην περιοχή μεταξύ 80 και 120 MHz, η οποία αντιστοιχεί στην μπάντα των ραδιοφωνικών FM. Τα σήματα που συλλέγονται από κάθε κεραία, αφού υποστούν μια προκαταρκτική επεξεργασία στον σταθμό και ψηφιοποιηθούν, στέλνονται στο κεντρικό σύστημα επεξεργασίας στο Groningen της Ολλανδίας.

Περισσότερες πληροφορίες για το LOFAR μπορείτε να βρείτε στους συνδέσμους: http://www.lofar.org/ και http://www.aip.de/en/research/research-area-cmf/cosmic-magnetic-fields/solar-physics/solar-radio-physics/lofar

Τα πεδία έρευνας του LOFAR

Το LOFAR έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να μπορεί να συνεισφέρει στην έρευνα μιας σειράς από πεδία.

Ένας από τους στόχους είναι η εκτενής επισκόπηση του ουρανού και η καταγραφή κατά το δυνατό περισσότερων πηγών ραδιοκυμάτων σε τεράστιες κοσμικές αποστάσεις, όπως π.χ. γαλαξίες, μελανές οπές, υπολείμματα εκρήξεων σουπερνόβα και εξάρσεις ακτίνων γάμμα. Οι τελευταίες είναι οι ισχυρότερες εκρήξεις στο Σύμπαν και γνωρίζουμε μέχρι στιγμής πολύ λίγα για τους μηχανισμούς που τις προκαλούν. Έχοντας τη δυνατότητα να παρατηρήσει σε αυτές τις αποστάσεις, η ομάδα του LOFAR φιλοδοξεί να παρατηρήσει το Σύμπαν κατά την εποχή που σχηματίστηκαν οι πρώτοι αστέρες και γαλαξίες. Αυτές οι παρατηρήσεις είναι καθοριστικής σημασίας για την Κοσμολογία.

Επιπλέον, δεδομένου ότι οι διαδικασίες εκπομπής ραδιοκυμάτων συμπεριλαμβάνουν τα ισχυρότερα ή ασθενέστερα μαγνητικά πεδία των διαφόρων αντικειμένων, πιστεύεται ότι οι παρατηρήσεις που θα γίνουν με το εξαιρετικά ευαίσθητο LOFAR θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε γενικά τον μαγνητισμό σε συμπαντικές κλίμακες.

Τέλος, δεν ωφελείται μόνο η μελέτη μακρινών αντικειμένων από το LOFAR. Μεγάλη είναι η συμβολή που αναμένεται στη Φυσική του Ήλιου και του διαστημικού καιρού. Ο Ήλιος είναι η ισχυρότερη πηγή ραδιοκυμάτων στον ουρανό, λόγω φυσικά της εγγύτητάς του, και μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε την εκπομπή ραδιοκυμάτων από έναν αστέρα. Τα εκρηκτικά φαινόμενα του Ήλιου, όπως οι εκλάμψεις και οι εκτινάξεις στεμματικής μάζας έχουν πολύ σαφές αποτύπωμα στα ραδιοκύματα και η συστηματική τους παρατήρηση μπορεί να μας βοηθήσει να τα κατανοήσουμε και να τα προβλέψουμε. Το ίδιο ισχύει και για τις συνθήκες του διαστημικού χώρου, οι οποίες μεταβάλλονται δραματικά όταν αυτά τα φαινόμενα εμφανίζονται και ταξιδεύουν στον μεσοπλανητικό χώρο. Ως επιβεβαίωση αυτών των δυνατοτήτων, πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature» μια μελέτη σχετικά με την επιτάχυνση ενεργητικών σωματιδίων στις εκτινάξεις στεμματικής μάζας, βασισμένη σε παρατηρήσεις του LOFAR (https://www.nature.com/articles/s41550-019-0689-z).

Από την έναρξη της λειτουργίας του LOFAR έχουν δημοσιευτεί περισσότερα από διακόσια άρθρα βασισμένα σε παρατηρήσεις του. Το εύρος των πεδίων έρευνας των δημοσιεύσεων αυτών είναι ενδεικτικό των δυνατοτήτων τόσο του τηλεσκοπίου όσο και της ραδιοαστρονομίας γενικότερα και κυμαίνεται από τη μελέτη της ιονόσφαιρας και του διαστήματος έως την Αστροφυσική υψηλών ενεργειών και την εξωγαλαξιακή αστρονομία.

Γιάννης Κοντογιάννης

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL