Ραδιοαστρονομία

Η ραδιοαστρονομία είναι κλάδος της Αστροφυσικής που μελετά ουράνια σώματα στα ραδιοκύματα. Η αρχική ανίχνευση των ραδιοκυμάτων από αστρονομική πηγή έγινε στη δεκαετία του 1930, όταν ο Καρλ Τζάνσκυ παρατήρησε την ακτινοβολία που προέρχεται από το Γαλαξία μας. Οι επόμενες παρατηρήσεις εντόπισαν πολλές διαφορετικές αστρονομικές πηγές εκπομπής ραδιοκυμάτων. Αυτές περιλαμβάνουν αστέρια και οι γαλαξίες, καθώς και νέες κατηγορίες, όπως είναι οι ραδιογαλαξίες, τα κβάζαρ, τα πάλσαρ και τα μέιζερ. Η ανακάλυψη της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background, CMB), η οποία αποτέλεσε αδιάσειστο στοιχείο για την ύπαρξη της Μεγάλης Έκρηξης, έγινε μέσω της ραδιοαστρονομίας. Η Ραδιοαστρονομία χρησιμοποιεί κεραίες ειδικών επιστημονικών προδιαγραφών για παρατήρηση που ονομάζονται ραδιοτηλεσκόπια. Τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να παρατηρήσουν την ημέρα, τη νύκτα, με σύννεφα, βροχή, σε συνθήκες ομίχλης, και χιονιού. Τα ραδιοτηλεσκόπια έχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη ανάλογα με την επιστημονική παρατήρηση που επιδιώκεται. Με τη μορφή παραβολοειδούς κατόπτρου ("πιάτο") συμπαγούς ή μη, ένα ραδιοτηλεσκόπιο χρησιμοποιείται μεμονωμένα (single dish observations) ή σε τεχνολογικά προηγμένη διασύνδεση με πολλά ραδιοτηλεσκόπια ίδιου τύπου χρησιμοποιώντας την τεχνική της ράδιο-συμβολομετρίας (VLBI technique). Τα επιμέρους ραδιοτηλεσκόπια μπορούν και να είναι σε διαφορετικές χώρες, ή ακόμα και ηπείρους στο ίδιο ημισφαίριο. Mε τη χρήση της συμβολομετρίας επιτυγχάνονται παρατηρήσεις μεγάλης διακριτικής ικανότητας και ευαισθησίας και με τον τρόπο αυτό μπορούμε να παρατηρήσουμε και πιο βαθιά στο σύμπαν και από ένα διαστημικό οπτικό τηλεσκόπιο. Η διακριτική ικανότητα του συμβολομέτρου (interferometer) καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ των γεωγραφικά πιο απομακρυσμένων ραδιοτηλεσκοπίων - συνιστωσών του.

 Οι ραδιοαστρονόμοι χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνικές για να παρατηρήσουν ραδιοπηγές, δηλαδή αστρονομικές πηγές που εκπέμπουν στο εύρος της ραδιοκυματικής ζώνης συχνοτήτων ή μηκών κύματος. Εφόσον τα ραδιοτηλεσκόπια καταγράφουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή των ραδιοκυμάτων, ένας ραδιοαστρονόμος μπορεί να κάνει παρατηρήσεις ολικής έντασης και πόλωσης. Επίσης μπορεί να πραγματοποιήσει φασματικές παρατηρήσεις. Επειδή μια ραδιοπηγή απέχει πολύ μεγάλη απόσταση από τη Γη (εκτός από τον Ήλιο μας) η ραδιοκυματική ακτινοβολία που εκπέμπει είναι πολύ ασθενής. Αυτό συμβαίνει γιατί επιπλέον σκεδάζεται, ανακλάται, απορροφάται, διαθλάται από τα μέσα από τα οποία διέρχεται μέχρι τελικά να διαπεράσει την ατμόσφαιρα και να καταγραφεί στη Γη. Για τη λεπτομερή απεικόνιση εκτεταμένων ραδιοπηγών (π.χ. σμήνη γαλαξιών) απαιτείται μεγάλος όγκος δεδομένων από το συμβολόμετρο από τη συνεχή παρακολούθηση τους ανάλογα με το χρόνο που δίνεται για το σκοπό αυτό. Στη συνέχεια τα δεδομένα από όλα τα ραδιοτηλεσκόπια συσχετίζονται και αφαιρούνται/διορθώνονται αλλοιωμένα δεδομένα λόγω π.χ. προβλημάτων ιονόσφαιρας, μηχανικών προβλημάτων κατά τη διάρκεια της παρατήρησης. Έπειτα ο Ραδιοαστρονόμος χρησιμοποιεί πολύπλοκους αλγορίθμους και στατιστική ώστε να αφαιρέσει τον αναπόφευκτο ραδιοθόρυβο όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά. Η διαδικασία είναι πολύ επίπονη και απαιτεί ταχύτατο υπολογιστικό σύστημα και μεγάλη προσοχή από την πλευρά του επιστήμονα. Οι παρατηρήσεις από την επιφάνεια της Γης περιορίζονται σε μήκη κύματος που μπορούν να περάσουν μέσα από την ιονόσφαιρα. Ειδικά σε χαμηλές συχνότητες, ή μεγάλα μήκη κύματος, η διάδοση περιορίζεται από το μεταβαλλόμενο αυτό στρώμα της ατμόσφαιρας. Τα κύματα που την διαπερνούν έχουν συχνότητες μικρότερες από τη χαρακτηριστική συχνότητα του πλάσματος. Οι υδρατμοί μπορούν να αλλοιώσουν τις ραδιοαστρονομικές παρατηρήσεις σε υψηλότερες συχνότητες. Έτσι κατασκευάζονται ραδιοτηλεσκόπια που διενεργούν παρατηρήσεις σε μήκη κύματος χιλιοστού, σε τόπους με χαμηλή πυκνότητα υδρατμών (π.χ. σε ερήμους) προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση των υδρατμών. Η ραδιοαστρονομία έχει βοηθήσει στη σημαντικότατη αύξηση των γνώσεων μας για το Σύμπαν. Ιδίως οδήγησε στην ανακάλυψη της CMB, και νέων κατηγοριών ραδιοπηγών, όπως οι πάλσαρ, και οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες (Active Galactic Nuclei, AGN), π.χ. τα κβάζαρ, οι ραδιογαλαξίες, οι Seyferts. Αυτό συμβαίνει επειδή στη ραδιοαστρονομία μπορούμε να παρατηρήσουμε ουράνια σώματα μέσω των πιο ακραίων και ενεργητικών φυσικών διεργασιών στο σύμπαν που δεν είναι ανιχνεύσιμα στην οπτική αστρονομία. Τα ραδιοτηλεσκόπια έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση κοντινών ραδιοπηγών π.χ. του Ήλιου και της ηλιακής δραστηριότητας. Με δέκτη εκπομπής (radar mode) μπουν να κάνουν χαρτογράφηση των πλανητών με ραντάρ, ενώ σε ψηλές συχνότητες (X-band) μπορούν να κάνουν τηλεπικοινωνίες βαθέως διαστήματος (Deep Space mode). Ραδιοπαράθυρο