Много голямата мрежа от радио чинии в Ню Мексико беше представена във филма „Контакт“ от 1997 г. Астрономите са го използвали за изследване на черни дупки и пространствата около млади звезди, където се образуват планети
Преди век радиоастрономията не съществува. Но от 30-те години на миналия век тя разкри не само космически тайни от съседни планети, но и видя слабия блясък от началото на Вселената. Това изуми света, или поне оная част от него, която мисли и си задава въпроси.
Можем само да си представим какво са мислили съседите на Гроте Ребер, когато през 1937 г. радиолюбител издигнал в двора си почти 10-метрова купа от ламарина, кацнала на върха на регулируемо скеле и увенчана с отворена пирамида от кули. Тези съседи сигурно са го сметнали за луд, но истината е, че са станали свидетели на раждането на нов начин за гледане на небето, пише ScienceNews.
Ребер изгражда първия в света специализиран радиотелескоп. За разлика от традиционните телескопи, които използват лещи или огледала, за да фокусират видимата светлина, тази измислица използва метал и верига за събиране на междузвездни радиовълни, нискочестотни вълни от електромагнитно излъчване. С домашното си устройство Ребер направи първата карта на небето, видяна с радиочувствителни очи, и стартира полета на радиоастрономията.
Гроте Ребер издига първия в света специализиран радиотелескоп в двора си в Уитън, Илинойс
Кредит: GBO, NSF, AUI
„Радиоастрономията е толкова фундаментална за нашето разбиране за Вселената, колкото и… оптичната астрономия“, казва Карън О’Нийл, директор на сайта в Обсерваторията на Грийн Банк в Западна Вирджиния. „Ако искаме да разберем Вселената, наистина трябва да сме сигурни, че имаме колкото се може повече различни видове очи към нея.“
Когато астрономите говорят за радиовълни от космоса, те не непременно имат предвид сигналите на извънземни. По-често те се интересуват от нискоенергийна светлина, която може да се появи, когато молекулите променят своето въртене например или когато електроните се въртят в магнитно поле. Настройването на междузвездни радиовълни за първи път прилича на опита на Галилей, насочил стъкло към звездите векове по-рано и видял удивителни неща в небето, които никога не сме били виждали досега.
Днес радиоастрономията е глобално предприятие. Повече от 100 радиотелескопа – от паякови антени, ниско до земята, до свръхголеми версии на ястието на Ребер, които обхващат стотици метри – осеяха земното кълбо. Тези очи към небето бяха толкова променящи играта, че бяха в центъра на не по-малко от три Нобелови награди.
Не е лошо за опит, започнал случайно.
В началото на 30-те години инженер в Bell Telephone Laboratories на име Карл Янски проследява източници на радиовълни, които пречат на безжичната комуникация. Той се натъкнал на някакво съскане, идващо някъде от съзвездието Стрелец в посока центъра на галактиката.
Карл Янски със своята въртяща се радиоантена се натъква на радиосъскане, идващо от центъра на галактиката, отбелязвайки началото на радиоастрономията
Кредит: NRAO, AUI, NSF, Джеф Хелерман
„Откритието за радиоизлъчване, идващо от междузвездното пространство, обърква теорията и знанията до този момент. Никой не знае как може да се получи този звук“,
Bell Labs премества Янски да се занимава с друга, по-земна работа. Но Ребер, фен на всичко, що е радио, прочита за откритието на Янски и иска да научи повече. Никой досега не е създавал радиотелескоп, така че Ребер сам го измисля, основавайки дизайна си на принципите, използвани за фокусиране на видимата светлина в оптичните области. Той подобрява антената на Янски – куп метални тръби, държани от въртяща се дървена естакада – и прави параболична метална чиния за фокусиране на входящите радиовълни до точка, където усилвател усилва слабия сигнал. Цялата конструкция се крепи върху накланяща се дървена основа, която му позволява да сканира небето, като движи телескопа нагоре и надолу. Същият основен дизайн се използва днес за радиотелескопи по целия свят.
В продължение на почти десетилетие – благодарение отчасти на Голямата депресия и Втората световна война – Ребер остава до голяма степен сам, докато му обръщат внимание чак след войната редица от учени, пълни с нови радио експертизи при проектирането на радарни системи.
И оттогава започват изненадите.
„Откриването на междузвездни молекули е голямо“, казва Лиза Йънг, астроном от New Mexico Tech в Сокоро. Радиотелескопите са много подходящи за надникване в плътните, студени облаци, където се намират молекули. Днес списъкът на идентифицираните междузвездни молекули включва много сложни органични вещества, включително някои, които се смятат за предшественици за живота.
Радиотелескопите също откриват обекти, които преди това хората дори не са си представяли.
Квазарите, пламтящите ядра на отдалечени галактики, задвижвани от гигантски черни дупки, за първи път се появяват в подробни радио карти от края на 50-те години. Пулсарите, свръхплътните въртящи се ядра на мъртви звезди, излизат на сцената през 1967 г., когато Джослин Бел Бърнел забеляза, че радиоантенната решетка, която тя помага да се изгради, приема стабилен звуков сигнал „бип… бип“ от дълбокия космос на всеки 1,3 секунди. (Нобеловата награда за физика през 1974 г. отбелязва това откритие – нейният съветник получава признанието. Но една награда идва при нея през 2018 г., когато е удостоена със специална награда за фундаментална физика.)
Пулсарите са „не само интересни, защото са откритие сами по себе си“, казва Локман. Те „се използват сега за провеждане на тестове на общата теория на относителността и за откриване на гравитационни вълни“. Това е така, защото всичко, което тласка пулсара – да речем, преминаваща вълна в пространство-времето, се променя, когато неговите свръхпрецизни радио удари пристигнат на Земята. В началото на 90-те години такива вариации на времето от един пулсар доведоха до първото потвърдено откриване на планети извън Слънчевата система.
Съвсем наскоро кратките взривове на радиоенергия, предимно от други галактики, привлякоха вниманието на астрономите. Открити през 2007 г., причините за тези „бързи радиовзривове“ все още не са известни.
Светлината от тези изригвания кодира подписа на атомите, срещнати по пътя към Земята, което позволява на астрономите да проследят много материя, която смятат, че трябва да се намира в космоса, но все още не е открита.
„Това беше нещото, което ни позволи да осмислим Вселената и да разберем къде е липсващата материя“, казва Дан Вертимер, астроном от Калифорнийския университет, Бъркли.
И именно радиоантената, която през 1964 г. дава най-голям тласък на тогавашната теория за Големия взрив. Арно Пензиас и Робърт Уилсън, инженери в Bell Labs, бяха озадачени от упоритото съскане в антена, подобна на рог.
Виновникът се оказва радиацията, която прониква в цялото пространство, останала от времето, когато Вселената е била много по-гореща и плътна, отколкото е днес. Този „космически микровълнов фон“, кръстен на относително високите честоти, при които е най-силен, все още е най-ясният прозорец, който астрономите имат за най-ранната вселена.
Радиотелескопите имат друга суперсила. Множество радио чинии, свързани заедно на континенти, могат да действат като една огромна обсерватория със способността да виждат детайли, много по-фини от всяка от всяка една, действаща самостоятелно. Изграждането на радиооко, телескопът Event Horizon – доведе до първата снимка на черна дупка.
Международната мрежа от радиообсерватории Event Horizon Telescope е направила този първи по рода си образ на черна дупка в центъра на галактиката M87
Не че някой се нуждаеше от доказателство за съществуването на черни дупки, казва Йънг, но има нещо толкова прекрасно в това да можеш да го видиш.
Списъкът с открития продължава. Пръстени от газ и прах, обграждащи млади звезди, предоставят подробности за формирането на планетите. И, разбира се, търси се извънземен разум или SETI. Радиото е може би най-вероятното място, където ще отговорим на въпроса: „Сами ли сме? “, Казва Вертимер.
Мрежата за радиотелескопи ALMA в пустинята Атакама в Чили засне този образ на това, което изглежда като планетообразуващ диск около млада звезда
Кредит: HL Tauri.ESO, NAOJ, NRAO
През 1899 г. изобретателят Никола Тесла улавя радиосигнали, които според него идват от хора на друга планета. И в продължение на 36 часа през август 1924 г. САЩ нарежда на всички радиопредаватели да мълчат по пет минути на всеки час, за да слушат „предавания“ от Марс, тъй като Земята е на относително близко разстояние от Червената планета. В начало на 1960 г. астрономът Франк Дрейк насочва оригиналния радиотелескоп на Green Bank към звездите Тау Чети и Епсилон Еридани, за всеки случай, ако някой излъчва.
Въпреки че SETI има своите възходи и падения, „има някакъв ренесанс“, казва Вертимер. „В SETI влизат много нови, млади хора… и има нови пари.“ През 2015 г. предприемачът Юрий Милнър обещава 100 милиона долара за 10 години за търсенето на други жители на нашата вселена.
Въпреки че сривът на гигантската обсерватория Аресибо през 2020 г. – на 305 метра в диаметър, най-големият радиотелескоп с една чиния през по-голямата част от живота си – беше трагичен и неочакван, радиоастрономите разполагат с нови съоръжения.
Квадратният километров масив ще свързва радио чинии и антени в Южна Африка и Австралия, предлагайки безпрецедентен поглед към Вселената
Квадратният километров масив, който ще свързва малки радио чинии и антени в Австралия и Южна Африка, когато бъде завършен в края на 20-те, ще изследва ускоряването на разширяването на Вселената, ще търси признаци на живот и ще изследва условията от зората на Вселената.
„Ще видим подписите на първите структури във Вселената, образуващи първите галактики и звезди“, казва Вертимер.
Но ако историята на радиоастрономията е някакъв пътеводител, най-забележителните открития, които предстоят, ще бъдат нещата, които никой не се е сетил да търси. Толкова много открития в областта са белязани от случайността, отбелязва Вертимер. Дори радиоастрономията като област започна случайно. „Ако просто изградите нещо, за да погледнете чрез него на някое място, което никой не е гледал преди, ще направите интересни открития“, казва той.
