Brug mikrobølge astronomi til at udforske kosmos

Ikke mange mennesker tænker på kosmiske mikrobølger, når de nuke deres mad til frokost hver dag. Den samme type stråling, som en mikrobølgeovn bruger til at zappe en burrito, hjælper astronomer med at udforske universet. Det er sandt: mikrobølgeudslip fra det ydre rum hjælper med at give et kig tilbage på kosmos.

Et fascinerende sæt objekter udsender mikrobølger i rummet. Den nærmeste kilde til ikke-jordiske mikrobølger er vores sol. De specifikke bølgelængder af mikrobølger, den sender ud, absorberes af vores atmosfære. Vanddamp i vores atmosfære kan forstyrre detekteringen af ​​mikrobølgestråling fra rummet, absorbere den og forhindre, at den når Jordens overflade. Det lærte astronomer, der studerer mikrobølgestråling i kosmos at placere deres detektorer i store højder på Jorden eller ud i rummet.

På den anden side kan mikrobølgesignaler, der kan trænge igennem skyer og røg, hjælpe forskere med at studere forhold på Jorden og forbedrer satellitkommunikation. Det viser sig, at mikrobølgevidenskab er gavnlig på mange måder.

Mikrobølgesignaler kommer i meget lange bølgelængder. Detektering af dem kræver meget store teleskoper, fordi detektorens størrelse skal være mange gange større end selve strålingsbølgelængden. De bedst kendte observationsorganer for mikrobølge astronomi er i rummet og har afsløret detaljer om objekter og begivenheder helt ud til universets begyndelse.

Centret for vores egne Melkevejs galakse er en mikrobølge kilde, selvom den ikke er så omfattende som i andre, mere aktive galakser. Vores sorte hul (kaldet Skytten A *) er et forholdsvis stille, da disse ting går. Det ser ikke ud til at have en massiv jet, og kun lejlighedsvis lever af stjerner og andet materiale, der passerer for tæt.

pulsarer (roterende neutronstjerner) er meget stærke kilder til mikrobølgestråling. Disse kraftige, kompakte genstande er kun andet end sorte huller med hensyn til densitet. Neutronstjerner har kraftige magnetfelter og hurtig rotationshastighed. De producerer et bredt spektrum af stråling, hvor mikrobølgeemissionen er særlig stærk. De fleste pulsarer benævnes normalt "radiopulsarer" på grund af deres stærke radioemissioner, men de kan også være "mikrobølge-lyse."

Mange fascinerende kilder til mikrobølger ligger godt uden for vores solsystem og galakse. For eksempel aktive galakser (AGN), drevet af supermassive sorte huller ved deres kerner udsender kraftige sprængninger af mikrobølger. Derudover kan disse sorte hulmotorer skabe massive jetstråler af plasma, der også gløder lyst ved mikrobølgebølgelængder. Nogle af disse plasmakonstruktioner kan være større end hele galaksen, der indeholder det sorte hul.

I 1964 videnskabsfolk fra Princeton University David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke, og Peter Roll besluttede at bygge en detektor til at jage efter kosmiske mikrobølger. De var ikke de eneste. To videnskabsmænd ved Bell Labs - Arno Penzias og Robert Wilson - byggede også et "horn" for at søge efter mikrobølger. En sådan stråling var blevet forudsagt i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, men ingen havde gjort noget ved at søge den ud. Forskernes 1964-målinger viste en svag "vask" af mikrobølgestråling over hele himlen. Det viser sig nu, at den svage mikrobølger glød er et kosmisk signal fra det tidlige univers. Penzias og Wilson vandt videre med en Nobelpris for de målinger og analyser, de foretog, som førte til bekræftelsen af ​​den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB).

Til sidst fik astronomer midlerne til at bygge pladsbaserede mikrobølgedetektorer, som kan levere bedre data. F.eks. Foretager satellitten Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) en detaljeret undersøgelse af denne CMB begyndt i 1989. Siden da har andre observationer foretaget med Wilkinson Microbølgeovn anisotropy Probe (WMAP) opdaget denne stråling.

CMB er efterglødet fra big bang, begivenheden, der sætter vores univers i bevægelse. Det var utroligt varmt og energisk. Da det nyfødte kosmos ekspanderede, faldt tætheden af ​​varmen. Grundlæggende afkølet det, og den lille varme der blev spredt over et større og større område. I dag er universet 93 milliarder lysår bredt, og CMB repræsenterer en temperatur på ca. 2,7 Kelvin. Astronomer betragter denne diffuse temperatur som mikrobølgestråling og bruger de mindre udsving i CMB's "temperatur" for at lære mere om universets oprindelse og udvikling.

Mikrobølger udsender ved frekvenser mellem 0,3 gigahertz (GHz) og 300 GHz. (En gigahertz er lig med 1 milliard Hertz. En "Hertz" bruges til at beskrive, hvor mange cyklusser i sekundet noget udsender ved, hvor en Hertz er en cyklus pr sekund.) Dette frekvensområde svarer til bølgelængder mellem en millimeter (en tusindedel af en meter) og en måler. Som reference udsender tv- og radioemissioner i en lavere del af spektret mellem 50 og 1000 MHz (megahertz).

Mikrobølgestråling beskrives ofte som et uafhængigt strålingsbånd, men betragtes også som en del af videnskaben om radioastronomi. Astronomer refererer ofte til stråling med bølgelængder i langtrækkende infrarød, mikrobølgeovn og UHF-radiobånd som en del af "mikrobølger" -stråling, selvom de teknisk set er tre separate energibånd.