Не многие люди думают о космических микроволнах, когда они каждый день накрывают свою еду на обед. Тот же тип излучения, который микроволновая печь использует для приготовления буррито, помогает астрономам исследовать Вселенную. Это правда: микроволновое излучение из космоса помогает взглянуть на зарождение космоса.
Охота за микроволновыми сигналами
Очаровательный набор объектов излучает микроволны в космосе. Ближайший источник внеземных микроволн – наше Солнце. Излучаемые им микроволны определенной длины поглощаются нашей атмосферой. Водяной пар в нашей атмосфере может мешать обнаружению микроволнового излучения из космоса, поглощая его и не позволяя достичь поверхности Земли. Это научило астрономов, изучающих микроволновое излучение в космосе, размещать свои детекторы на больших высотах на Земле или в космосе.
С другой стороны, микроволновые сигналы, которые могут проникать сквозь облака и дым, могут помочь исследователям изучать условия на Земле и улучшить спутниковую связь. Оказывается, микроволновая наука полезна во многих отношениях.
СВЧ-сигналы бывают очень длинных волн. Для их обнаружения требуются очень большие телескопы, потому что размер детектора должен быть во много раз больше, чем длина волны самого излучения. Самые известные микроволновые астрономические обсерватории находятся в космосе и раскрывают подробности об объектах и событиях вплоть до начала Вселенной.
Космические микроволновые излучатели
Центр нашей собственной галактики Млечный Путь – это микроволновый источник, хотя он не такой обширный, как в других, более активных галактиках. Наша черная дыра (называемая Стрелец A *) довольно тихая, если говорить о таких вещах. Похоже, что у него нет массивной струи, и лишь изредка он питается звездами и другим материалом, который проходит слишком близко.
Пульсары (вращающиеся нейтронные звезды) – это очень сильные источники микроволнового излучения. Эти мощные и компактные объекты уступают по плотности только черным дырам. Нейтронные звезды обладают мощными магнитными полями и высокой скоростью вращения. Они производят широкий спектр излучения, особенно сильное микроволновое излучение. Большинство пульсаров обычно называют «радиопульсарами» из-за их сильного радиоизлучения, но они также могут быть «микроволновыми».
Множество интересных источников микроволн находятся далеко за пределами нашей солнечной системы и галактики. Например, активные галактики (AGN), питаемые сверхмассивными черными дырами в своих ядрах, излучают сильные волны микроволн. Кроме того, эти двигатели черных дыр могут создавать массивные струи плазмы, которые также ярко светятся в микроволновом диапазоне. Некоторые из этих плазменных структур могут быть больше, чем вся галактика, содержащая черную дыру..
Абсолютная история космических микроволн
В 1964 году ученые Принстонского университета Дэвид Тодд Уилкинсон, Роберт Х. Дике и Питер Ролл решил построить детектор для поиска космических микроволн. Они были не единственными. Два ученых из Bell Labs – Арно Пензиас и Роберт Уилсон – также строили «рог» для поиска микроволн. Такое излучение предсказывалось в начале 20 века, но никто ничего не предпринял для его поиска. Измерения ученых в 1964 году показали тусклое “размытие” микроволнового излучения по всему небу. Теперь выясняется, что слабое микроволновое свечение – это космический сигнал из ранней Вселенной. Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию за проведенные ими измерения и анализ, которые привели к подтверждению космического микроволнового фона (CMB).
В конце концов , астрономы получили средства на создание космических микроволновых детекторов, которые могут предоставлять более точные данные. Например, спутник Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) провел подробное исследование этого реликтового излучения, начиная с 1989 года. С тех пор другие наблюдения, выполненные с помощью зонда Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP), обнаружили это излучение.
Реликтовое излучение – это послесвечение Большого взрыва, события, которое привело в движение нашу Вселенную. Было невероятно жарко и энергично. По мере того, как новорожденный космос расширялся, плотность тепла падала. По сути, он охладился, и немного тепла распространилось по все большей и большей площади. Сегодня Вселенная имеет ширину 93 миллиарда световых лет, а температура реликтового излучения составляет около 2,7 Кельвина. Астрономы считают эту диффузную температуру микроволновым излучением и используют незначительные колебания «температуры» реликтового излучения, чтобы узнать больше о происхождении и эволюции Вселенной.
Технический разговор о микроволнах во Вселенной
Микроволны излучают на частотах от 0,3 гигагерц (ГГц) до 300 ГГц. (Один гигагерц равен 1 миллиарду герц. «Герц» используется для описания того, сколько циклов в секунду что-то излучает, причем один герц соответствует одному циклу в секунду.) Этот диапазон частот соответствует длинам волн от миллиметра (один- тысячная метра) и метр. Для справки, теле- и радиоизлучения излучают в нижней части спектра, от 50 до 1000 МГц (мегагерц).
Микроволновое излучение часто описывается как независимый диапазон излучения, но также считается частью науки радиоастрономии. Астрономы часто называют излучение с длинами волн в дальнем инфракрасном, микроволновом и сверхвысокочастотном (UHF) диапазонах как часть «микроволнового» излучения, хотя технически они представляют собой три отдельных энергетических диапазона..