مقالات همه مقالات نجوم راديويي


نجوم راديويي

خلاصه مقاله:تا پيش از سال 1933 كه امواج راديويي با منشا فرازميني به طور كاملا تصادفي كشف شدند، مطالعه اجرام سماوي تنها در طول موج مرئي و به كمك تلسكوپ‌هاي نوري انجام مي‌گرفت. اما از آن پس، بشر چشم خود را به جهان راديويي گشود و توانست با مطالعه منابعي که در طول موج‌هاي مرئي، بسيار ضعيف و غالبا غيرقابل رصد بودند از طريق امواج راديويي كه به دو طريق حرارتي و غيرحرارتي گسيل مي‌شوند، اطلاعات بيشتري از جهان پيرامون خود به دست آورد.

فهرست:

  1 مقدمه
  2 اکتشافات راديويي
  3 ويژگي‌هاي منابع توليد امواج راديويي
  4 آسمان سياه امواج راديويي
  5 طول‌موج، فرکانس و انرژي
  6 کارل يانسکي و کشف امواج راديويي فرازميني
       6-1 اکتشاف تصادفي
  7 چگونگي توليد امواج راديويي
  8 سيري در جهان راديويي
       8-2 مراکز فعال کهکشاني، منابع غني تابش راديويي
       8-3 منظومه شمسي از ديدگاه راديويي
            8-3-1 عطارد
            8-3-2 زهره
            8-3-3 زمين
            8-3-4 مريخ
            8-3-5 مشتري
            8-3-6 زحل، اورانوس و نپتون
            8-3-7 سياره كوتوله پلوتو
  9 فناوري رادار و کاربردهاي آن در نجوم راديويي




نجوم راديويي به مطالعه امواج راديويي که از منابعي وراي کره زمين منشا مي‌گيرند، اطلاق مي‌شود. ميزان فرکانس يا طول موج دريافتي در زمين عمدتا به دو عامل بستگي دارد: شرايط جوي و پيشرفت فناوري.

جوّ زمين تنها امواج مرئي و بخشي از امواج راديويي را از خود عبور مي‌دهد. اجسامي که دماي حرارت آنها بين 3000 تا 10,000 درجه در مقياس کلوين باشند، نور مرئي ساطع مي‌کنند. از آنجايي که حسگرهاي چشم انسان در اثر برخورد امواج مرئي تحريک مي‌شوند، ما قادريم اجسامي را که از خود نور ساطع مي‌کنند و يا قابليت بازتابش نور را دارا هستند، بدون نياز به ابزار خاصي مشاهده کنيم. به همين دليل بود که علم ستاره‌شناسي در دوران باستان تنها بر اجسام قابل رويت مانند ستارگان، سيارات و اقمار آن‌ها و گازهاي داغ تمرکز داشت. اوايل قرن بيستم، منجمان با بررسي دقيق طيف الکترومغناطيسي به اين نتيجه رسيدند که يک ستاره در طول موج راديويي هم قابل رويت است؛ هر چند ستاره‌ها منابع نسبتا ضعيف امواج راديويي هستند. با اين وجود، دانشمندان علاقه خاصي به نجوم راديويي نشان نمي‌دادند تا اينکه پرتوهاي راديويي سماوي به طور اتفاقي و در سال 1931 ميلادي توسط مهندس آمريکايي، [كارل يانسکي]، کشف شدند.

جنگ جهاني دوم و اهميت استفاده از رادار بار ديگر توجه دانشمندان را به نجوم راديويي معطوف ساخت. از آن پس، ساخت ابزارهايي که انسان را قادر به رصد جهان راديويي مي‌ساخت به گونه‌اي علمي پيشرفت کرد، تا آنجا که امروزه تلسکوپ‌هاي راديويي زيادي با کارآيي‌هاي متفاوت که در طول موج‌هاي مختلفي کار مي‌کنند، در سراسر جهان ساخته و نصب مي‌شوند.
 
شكل 1- تلسكوپ راديويي با قطر دهانه 26 متر در رصدخانه نجوم راديويي هارتبيستوك، واقع در نزديكي شهر ژوهانسبورگ آفريقاي جنوبي (عكس از توماس آبوت)
 
 

از جمله مهم‌ترين اکتشافاتي که به کمک امواج راديويي صورت گرفته است، مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
  • رصد امواج حرارتي از مرکز کهکشان راه شيري و ساير منابع نجومي
  • کشف کهکشان‌هايي که به نام کهکشان‌هاي راديويي شناخته مي‌شوند و همچنين [اختروش‌ها يا کوازارها] و سياه‌چاله‌هاي بسيار عظيم
  • روند سير تکامل کيهاني
  • رصد پرتوهايي که از گازهاي سرد بين ستاره‌اي ساطع مي‌شوند
  • [تابش زمينه ريزموج کيهاني] که رازهاي پيدايش جهان هستي را در خود دارد
  • ستاره‌هاي نوتروني
  • [اشعه گرانشي]: بر اساس نظريه نسبيت عام انيشتين، اشعه گرانشي نتيجه‌ حركت اشيا در فضا - زمان است درست مانند امواجي كه يک كشتي در حين حركت بر روي آب ايجاد مي‌کند. به کمک معادلات نسبيت عام مي‌توان ثابت کرد اشعه گرانشي با سرعتي معادل سرعت نور در خلاء در فضا از منبع مولد خود به اطراف حرکت مي‌کند. براي درک بهتر اين مطلب فرض کنيد خورشيد به يکباره از مرکز منظومه شمسي حذف مي‌شد. در آن صورت حدود 8 دقيقه (معادل زماني که نور براي پيمودن فاصله خورشيد تا زمين صرف مي‌کند) طول مي‌کشيد تا تاثير اين واقعه بر روي زمين احساس شود.
  • سيارات خارج از منظومه شمسي
  • رصد ابرهاي هيدروژني و مکان‌هاي تولد ستارگان جديد
     

  • عموما مراکز فعال در کهکشان‌ها از جمله مکان‌هايي که وقوع ابرنواخترها به تناوب در آنها ديده مي‌شود يا کهکشان‌هايي که حاوي [تپ‌اخترها] و کوازارهاي زيادي هستند، در طول موج راديويي پرتوافشاني زيادي مي‌کنند.
     
  • امواج راديويي غالبا در فرايندهايي توليد مي‌شوند که تغيير گرانش عامل اصلي پيدايش آن بوده (مانند فروريختن يک ستاره بر روي گرانش خود که موجب بروز ابرنواختر مي‌شود) و همجوشي هسته‌اي در توليد آنها نقشي نداشته است.
     
  • منابع راديويي در فواصل بسيار دوري از زمين قرار دارند.
     
  • منابع توليد امواج راديويي مي‌توانند دماي بسيار پاييني داشته باشند. تابش زمينه ريزموج کيهاني، که از زمان [مهبانگ] (حدود 7/13 ميليارد سال پيش) به جا مانده و با انبساط جهان به تدريج انرژي و دماي خود را از دست داده است، در حال حاضر در طول موج راديويي (λ=1 mm) و با دمايي معادل 73/2 در مقياس کلوين پرتوافشاني مي‌کند. اتم‌ها و مولكول‌ها در گازهاي سرد ميان‌ستاره‌اي نيز امواجي در قلمرو طول موج‌هاي راديويي ساطع مي‌کنند.
 
شكل 2 – دو تصوير در طول موج‌هاي راديويي (راست) و مرئي (چپ) از كهكشان آندرومدا، نزديك‌ترين كهكشان به كهكشان راه‌شيري


با پيشرفت فناوري فضايي و ارسال ابزارهاي رصد به خارج از جوّ زمين، دانشمندان امروزه قادرند از تمامي فرکانس‌هاي طيف الکترومغناطيسي براي مطالعه جهان استفاده کنند. بنابراين بسياري از اکتشافاتي که زماني با ابزارهاي راديويي صورت گرفته بودند را امروزه مي‌توان به کمک ساير بخش‌هاي طيف به راحتي مشاهده کرد.
 

از آنجا که ذرات غبار در جوّ زمين بسيار کوچک‌تر از طول موج‌هاي راديويي هستند، انتشار امواج راديويي توسط اين ذرات بسيار ناچيز است. به همين دليل است که اگر چشم‌هاي ما به جاي نور مرئي، در برابر امواج راديويي حساس بود، آسمان همواره و در تمام طول شبانه‌روز سياه ديده مي‌شد.
 

امواج راديويي داراي طول موج (λ) بلند و در نتيجه فرکانس (ν) پايين هستند (ν=c/λ). فرکانس پايين به معناي پايين بودن انرژي فوتون‌هاست (E=hν).

يکي از مشکلاتي که منجمان راديويي با آن رو‌به‌رو هستند، تداخل اين امواج با امواج راديويي دست‌ساز بشر و همچنين امواج راديويي‌اي است که با جوّ زمين برخورد کرده و به دليل تغيير فاز موجب ايجاد اختلال در کار تلسکوپ‌هاي راديويي مي‌شوند. به اين دليل، راديو تلسکوپ‌ها غالبا در ارتفاعاتي که جوّ رقيق‌تري دارند و مکان‌هايي که از شهرهاي صنعتي به دور هستند، نصب مي‌شوند.

مساله ديگري که در اين زمينه وجود دارد فاصله زياد منابع راديويي، طول موج بلند و در نتيجه انرژي پايين امواج راديويي دريافتي است. به همين دليل، در قسمت دريافت‌کننده راديو تلسکوپ‌ها از [تقويت‌کننده همسان] استفاده مي‌شود تا امواج دريافتي تقويت شده و اغتشاشات موجود آن تا حد زيادي برطرف شوند.

به منظور جلوگيري از ورود نويز اضافي به سيستم، اين تقويت‌کننده‌ها بايد در دمايي که حداقل ميزان آن از رابطه زير به دست مي‌آيد، نگهداري شوند:
 
 كه در آن k ثابت بولتزمن، h ثابت پلانك، و T معرف دما است. در طول موج‌هاي مرئي، حداقل اين دما بايد 104 كلوين باشد.
 

در دهه 1920، شرکت تلفني بل شروع به ارائه خدمات تلفني دوربرد با طول موج کوتاه (λ=15 m) کرد. اما اين پروژه به دليل بروز نويزهايي که منشا آنها در حقيقت امواج راديويي طبيعي بودند، با مشکل مواجه شد. با توجه به اينکه دانشمندان از وجود چنين امواجي تا آن زمان اطلاعي نداشتند، شرکت بل از يکي از مهندسين خود به نام کارل يانسکي خواست تا علت را مورد بررسي قرار دهد.

بدين منظور، يانسکي آنتن‌هايي ساخت که در فرکانس 5/20 مگاهرتز کار مي‌کردند و بر چرخ‌هايي نصب شده بودند که وي را قادر مي‌ساخت راستاي آنها را در هر زمان تغيير بدهد. وي متوجه شد که بخشي از نويزهاي دريافتي مربوط به رعد و برق مي‌شوند؛ اما با اين وجود، هنوز نويزهاي ديگري وجود داشتند که بنابر گفته وي موجب بروز صداي هيس‌مانندي مي‌شدند. با چرخاندن آنتن‌ها، يانسکي متوجه شد جهت منبع اين امواج در طول مدت زمان 23 ساعت و 56 دقيقه به تدريج تغيير مي‌کند.

در ابتدا يانسکي فکر کرد منبع اين امواج بايد خورشيد باشد، چراکه به نظر مي‌رسيد يافته‌هاي وي با چرخش زمين به دور خود و پيدايش شبانه‌روز ارتباط مستقيمي دارند. اما وي همچنين مشاهده کرد که اوج بروز اين نويزها هر روز 4 دقيقه زودتر از روز قبل است و اين مساله با فرضيه وي قابل توجيه نبود.

يانسکي مي‌دانست که از آنجا که خورشيد نيز به دور مرکز کهکشان راه‌شيري در حرکت است، زمين در طول يک سال بايد علاوه بر 365 دور کامل، يک دور ديگر نيز به دور خود بزند تا مجددا در جايگاه قبلي خود به دور خورشيد نسبت به ستارگان پس‌زمينه قرار گيرد. بنابراين، طول حرکت وضعي زمين نسبت به ستارگان (يک [شبانه‌روز نجومي]) 4 دقيقه کمتر از مدت زمان حرکت وضعي آن نسبت به خورشيد (يک [شبانه‌روز خورشيدي]) است. بنابراين، يانسکي متوجه شد که منبع اين امواج بايد بسيار دورتر از خورشيد و خارج از منظومه شمسي باشد. با مطالعات بيشتر، يانسکي توانست جهت دريافت اين امواج را کشف کند و در سال 1933 ميلادي اعلام کرد که امواج راديويي از مرکز کهکشان راه شيري نشأت مي‌گيرند. در حقيقت، نويزهاي دريافتي يانسکي امواج راديويي بودند که در اثر برخورد الکترون‌ها و پروتون‌هاي پرانرژي با گازها و غبار بين‌ستاره‌اي و بقاياي به‌جا مانده از [انفجارهاي ابرنواختري] در صفحه كهكشان راه شيري يا نزديک به آن توليد شده بودند.

 
شكل 3 – كارل يانسكي و دستگاهي كه مي‌توان آن را نمونه اوليه يك راديو تلسكوپ خواند

 
 
اين يافته مهم گرچه اندک مدتي تيتر روزنامه‌هاي معتبر جهان را به خود اختصاص داد اما به سرعت فراموش شد و تنها معدود افرادي از جمله [گروت ربر] آلماني شروع به مطالعات بيشتر بر روي اين پديده کردند. ربر نخستين فردي بود که راديوتلسکوپي با صفحه بازتابنده بشقابي ساخت و توانست نقشه راديويي کهکشان راه شيري را در فرکانس 160 مگاهرتز ترسيم کند.
 

ا وجود پيشرفت‌هايي که در زمينه ساخت ابزارهاي نجومي و فناوري به کار رفته در آنها تا پيش از دهه 1930 حاصل شده بود و دانش نسبتا خوب دانشمندان آن زمان در زمينه امواج راديويي و رادار و اشراف بر طيف الکترومغناطيس، امواج راديويي با منشا فرازميني در سال 1931 و به طور کاملا تصادفي کشف شدند. چرا؟
 
يک ستاره را مي‌توان در حالت ايده‌آل منبع تابش سياه‌جسمي فرض کرد که در طول موج‌هاي مرئي بيشترين امواج را ساطع مي‌کند. [ميزان درخشندگي] يا [شدت تابش] يک سياه‌جسم ايده‌آل در فضاي آزاد به راحتي به کمک قانون پلانک به دست مي‌آيد:
 يا:
به کمک [بسط تيلور] مي‌توان قانون پلانک (2) را نيز به صورت ساده‌تري نوشت:
با جايگزين کردن (4) در (2) خواهيم داشت: 
اگر به طور مثال خورشيد را که دماي فوتوسفر يا سطح مرئي آن حدود   5800كلوين است، در نظر بگيريم و فرض کنيم فناوري دهه 1930 قدرت دريافت فرکانس يك گيگاهرتز را داشته است:
 
اين بدان معناست که شدت تابش خورشيد در بخش راديويي طيف الکترومغناطيس بسيار کم و در حدود  J/m2  1.78 x 10 -18  است.

در حقيقت حتي راديو تلسکوپ‌هاي مدرن نيز قادر به رديابي پرتوهايي با فرکانس 1 گيگاهرتز، که از فوتوسفر ستاره‌اي مانند خورشيد که در فاصله يك [پارسِك] (معادل 3.26 سال نوري؛ فاصله تقريبي نزديک‌ترين ستاره بعد از خورشيد يعني [پروکسيما قنطورس] به زمين) قرار گرفته، نيستند.

[چگالي شار] چنين ستاره‌اي را – که معادل توان دريافتي يک آشکارساز در ازاي هر واحد سطح است – مي‌توان از طريق زير محاسبه کرد:
 
در رابطه فوق، Ω [زاويه مخروطي] جسمي است که با مساحت سطح آن رابطه مستقيم و با مجذور شعاع يک کره فرضي که مرکز آن خود جسم است، رابطه معکوس دارد:
 
كه در آن، RO شعاع خورشيد و معادل هفتصدهزار كيلومتر، و d فاصله ستاره تا زمين، معادل 1 پارسك يا 3x 1013 كيلومتر است.

در نتيجه:

 Ω= 1.7 x 10-15

 با قراردادن (6) و (8) در (7)، چگالي شار اين ستاره را مي‌توان به دست آورد:

 Sν ~ 3 x 10-33 J/m2
 
که رقمي بسيار ناچيز و غيرقابل رصد –حتي با ابزارهاي پيشرفته امروزي– است.
 
با اين حساب، اين مساله که منجمان پيش از دهه 1930 به وجود امواج راديويي فرازميني پي نبرده بودند، چندان هم عجيب به نظر نمي‌رسد.‌
 

امواج راديويي به دو طريق حرارتي و غير حرارتي گسيل مي‌شوند. شتاب گرفتن الكترون‌ها كه ناشي از برخورد آنها با يكديگر و يا قرار گرفتن در محيط پلاسمايي است و همچنين جابجايي آنها در سطوح مختلف انرژي اتم از مداري با انرژي بالاتر به مدارهاي پاييني، موجب گسيل حرارتي امواج مي‌گردد. از سوي ديگر، چنانچه گسيل امواج ناشي از شتاب گرفتن الكترون‌ها در مجاورت ميدان‌هاي مغناطيسي، مانند آنچه در تپ‌اخترها به وقوع مي‌پيوندد، و يا در اثر برخورد فوتون‌ها به الكترون و در نتيجه برانگيخته شدن اتم‌ها در ابرهاي ملكولي و لايه‌هاي فوقاني ستارگان باشد، انتشار مستقل از دماي جسم بوده و امواج در فرايندي كه به آن تابش غيرحرارتي گفته مي‌شود، گسيل مي‌شوند.
 

مسلما نگريستن همزمان به جهان از دو دريچه نوري و راديويي اطلاعات بيشتري را در اختيار ما مي‌گذارد، چراکه اغلب ستارگان نوراني در طول موج‌هاي راديويي قابل رصد نيستند و از سويي منابعي که در طول موج‌هاي راديويي به راحتي ديده مي‌شوند، در طول موج مرئي بسيار ضعيف و غالبا غيرقابل رصد هستند. 

ابرهاي هيدروژني که توسط ستارگان غول پيکري که در نزديکي آنها هستند يونيزه شده‌اند، منابع قوي راديويي محسوب مي‌شوند. اين ستارگان سوخت هسته‌اي خود را با سرعت زيادي به اتمام رسانده، بر روي گرانش خود فرو مي‌ريزند و در انفجارهاي عظيمي که به آن [ابرنواختر] گفته مي‌شود منفجر مي‌شوند و بقايايي از خود به صورت حلقه‌هايي از گاز و غبار باقي مي‌گذارند که در طول موج‌هاي راديويي قابل رصد هستند.

از جمله منابع مهم انتشار امواج راديويي تابش زمينه ريزموج کيهاني است – تشعشعات حرارتي که از زمان وقوع مهبانگ در حدود 7/13 ميليارد سال پيش باقي مانده و در اثر انبساط و سرد شدن جهان هستي دماي آن به 73/2 کلوين رسيده است.

بيشتر منابع نوراني که در تصاوير راديويي ديده مي‌شوند در حقيقت ستاره نيستند بلکه بقاياي انفجارهاي ستاره‌اي و کوازارها و کهکشان‌هاي راديويي هستند که ميانگين فاصله‌ آنها تا منظومه ما بيش از 5 ميليارد سال نوري است. از آنجايي که امواج راديويي با سرعت نور حرکت مي‌کنند، آنچه ما امروز از اين منابع راديويي مي‌بينيم، نگريستن به وقايعي است که در حقيقت ميلياردها سال پيش به وقوع پيوسته‌اند، بنابراين مي‌توانند اطلاعاتي را در اختيار ما قرار دهند که به زماني پيش از پيدايش منظومه شمسي و يا همزمان با آن برمي‌گردند. 
 

درصد بالايي از امواج راديويي فرازميني در [مراکز فعال کهکشاني] توليد مي‌شوند. حدود 90% امواج راديويي از مرکز کهکشان راه شيري و با فرکانس يك گيگاهرتز قابل‌رصد هستند. اين امواج ناشي از برخورد الکترون‌ها و پروتون‌ها داراي انرژي‌‌هاي بالا و سرعت‌هاي نسبيتي (سرعت‌هاي نزديك به سرعت نور) با بقاياي به‌جا مانده از انفجارهاي ابرنواختري است. بيشتر 10% باقي مانده نيز در اثر انتشار حرارتي ابرهاي سنگين هيدروژني که توسط [امواج فرابنفش] ساطع شده از ستارگان بسيار پرجرم يونيزه شده‌اند (مانند سحابي خرچنگ) به وجود مي‌آيند. بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت که ستارگان بسيار پرجرم که به دليل مصرف سريع سوخت هسته‌اي خود عموما طول عمر کوتاهي نيز دارند، عامل اصلي توليد امواج راديويي در کهکشان راه شيري هستند.

ميزان درخشندگي [کهکشان‌هاي مارپيچي] در تصاوير راديويي رابطه مستقيمي با نرخ تولد ستارگان جديد در آنها دارد. به عنوان مثال، نرخ تولد ستارگان در کهکشان M82، که حدود 12 ميليون سال نوري از زمين فاصله دارد، 10 برابر نرخ تولد ستارگان در کهکشان راه شيري است و به همين نسبت هم در تصاوير راديويي از درخشندگي بالاتري برخوردار است. از سوي ديگر، کهکشان‌هايي که ستارگان جديد در آنها يا به ندرت به وجود مي‌آيند و يا اصلا ستاره تازه‌اي در آنها متولد نمي‌شود (مانند [کهکشان‌هاي بيضوي]) در طول موج‌هاي راديويي تقريبا ديده نمي‌شوند.

با وجود اينکه کهکشان‌هايي که منابع توليد ستارگان جديد هستند در جهان به وفور يافت مي‌شوند، اما اين کهکشان‌ها منابع اصلي امواج راديويي محسوب نمي‌شوند و تنها 1% امواج راديويي فرازميني را به خود اختصاص مي‌دهند.

قوي‌ترين منبع راديويي نزديک به زمين، کهکشان [دجاجه A] است که در فاصله Mpc 211 معادل تقريبي 700 ميليون سال نوري از زمين واقع شده است. کهکشان دجاجه A از دو هسته بزرگ که در فاصله 5500 سال نوري از يکديگر قرار گرفته‌اند و احتمال مي‌رود زماني هسته دو کهکشان مجزا بودند که در اثر تصادم ترکيب شده‌اند، تشکيل شده است.

شكل 4 - کهکشان دجاجه A؛ منشا امواج راديويي اين كهكشان شتاب گرفتن الكترون‌هايي است كه با سرعت‌هايي نزديك به سرعت نور از دو هسته كهكشان خارج شده و در دام ميدان مغناطيسي آن گرفتار مي‌شوند (عكس از رصدخانه ملي نجوم راديويي)
 
 
کشف امواج راديويي قوي اين کهکشان در سال 1954 حيرت دانشمندان را برانگيخت. طول بزرگ‌ترين قطر اين کهکشان در تصاوير اپتيکي حدود 450،000 سال نوري است اما تصاويري که در طول موج راديويي از آن تهيه شده است، قطر کهکشان را چندين هزار سال نوري بيشتر نشان مي‌دهد.

جرم اين کهکشان بيش از 100 تريليون برابر جرم منظومه شمسي است. اما تشعشعات راديويي دجاجه A مربوط به ستارگان بيشمار آن نمي‌شود، بلکه مرکز انتشار اين امواج دو نقطه که در فاصله 160،000 سال نوري از دو سوي کهکشاني که در تصاوير اپتيکي ديده مي‌شود، است. اين کانون‌هاي توليد و انتشار امواج راديويي به وسيله تلسکوپ‌هاي اپتيکي قابل رصد نيستند. آنها ابرهايي از پلاسماي داغ هستند که در آن الکترون‌ها تحت تاثير ميدان‌هاي مغناطيسي بسيار قوي با سرعت‌هايي نزديک به سرعت نور در حرکتند. گمان مي‌رود اين ابرهاي پلاسمايي در اثر فوران ذرات باردار از مرکز کهکشان به وجود آمده باشند.

در مرکز اين کهکشان‌ها معمولا سياه‌چاله‌هاي بسيار عظيمي قرار گرفته‌اند که در اطراف آنها لايه‌هايي از گاز تشکيل شده است. در اثر فروافتادن مواد به درون سياه‌چاله، انرژي بسيار زيادي به صورت انرژي گرانشي آزاد مي‌شود. به‌علاوه، اصطکاک ميان لايه‌هاي گازي اطراف سياه‌چاله موجب بالا رفتن دماي ذرات و فوران‌هاي عظيم ماده و انرژي و توليد ميدان‌هاي مغناطيسي بسيار قوي مي‌شود. اين جت‌هاي پر انرژي در جهت عمود بر صفحه کهکشان- که به دليل وجود ماده کمتر، مقاومت کمتري نيز وجود دارد- به بيرون پرتاب مي‌شوند و در نهايت، در دو سوي کهکشان تشکيل ابرهاي پلاسمايي مي‌دهند.

جرم سياه‌چاله موجود در مرکز کهکشان دجاجه A حدود يک ميليارد برابر جرم خورشيد تخمين زده مي‌شود و در حقيقت عامل اصلي توليد و انتشار امواج راديويي در اين کهکشان محسوب مي‌شود.
 

آسمان از دريچه امواج راديويي همواره تاريک است، حتي هنگامي که خورشيد در آسمان است؛ زيرا ذرات غبار در جوّ زمين قادر به پراکنده ساختن امواج راديويي که طول موج آنها از قطر اين ذرات بيشتر است، نيست.

در منظومه خورشيدي، روشن‌ترين منبع راديويي خورشيد است؛ گرچه ميزان درخشندگي آن در امواج راديويي بسيار کمتر از آنچه ما در طول موج مرئي با فرکانس نور زرد مي‌بينيم است. حرارت نسبتا بالا و ميدان مغناطيسي قوي خورشيد عوامل توليد امواج راديويي در آن محسوب مي‌شوند.

دو عامل دما و ميدان مغناطيسي تعيين‌کننده ميزان تابش سيارات منظومه شمسي در بخش راديويي طيف الکترومغناطيسي است. چنانچه جسمي يکي يا هر دوي اين عوامل را دارا باشد در طول موج راديويي قابل رصد است.
 
 
شكل 5 – خورشيد در طول موج راديويي؛ نقاطي كه فعاليت‌هاي خورشيدي در آنجا بيشتر است، مانند لكه‌هاي خورشيدي كه مراكزي با ميدان‌هاي مغناطيسي قوي هستند، در اين تصوير به وضوح ديده مي‌شوند (عكس از رصدخانه ملي نجوم راديويي)
 
 

عطارد در طول موج راديويي قابل رصد نيست، اما به کمک فناوري رادار، دانشمندان تاکنون توانسته‌اند اطلاعات مفيدي از جمله سرعت گردش سياره به دور خود را استنتاج کنند.
 

زهره به دليل حرارت بالاي خود که به علت وجود ابرهاي ضخيم اطراف آن و توليد [پديده گلخانه‌اي] است، در بخش راديويي طيف قابل رصد است. افزون بر اين، از آنجا که امواج راديويي با کمترين تغيير از ابرهاي ضخيم اين سياره عبور مي‌کنند، بيشتر اطلاعاتي که امروزه از سياره زهره در دسترس است از طريق ارسال امواج راديويي از راداري که بر روي [فضاپيماي ماژلان] نصب شده بود.
 

ميدان مغناطيسي به نسبت قوي زمين و حرارت داخلي اين سياره آن را در طول موج راديويي قابل رصد کرده است.
 

ميدان مغناطيسي سياره سرخ کمتر از 0.1 درصد ميدان مغناطيسي زمين است و دماي آن نيز بسيار پايين‌تر از حدي است که موجب برانگيخته شدن اتم‌ها و تابش راديويي شود.
 

سياره غول‌آساي منظومه شمسي پس از خورشيد داراي قوي‌ترين ميدان مغناطيسي در منظومه ماست و يکي از منابع مهم تابش راديويي در همسايگي زمين محسوب مي‌شود. تابش راديويي اين سياره بيشتر از نوع تابش سينکروترون و ناشي از شتاب گرفتن الکترون‌ها در ميدان مغناطيسي سياره است.
 
 
شكل 6 – سياره مشتري در طول موج راديويي: ميدان مغناطيسي قوي اين سياره با به دام انداختن الكترون‌هايي كه در مجاورت آن شتاب گرفته‌اند، موجب پرتوافشاني آنها در امواج راديويي مي‌شود (عكس از رصدخانه ملي نجوم راديويي)
 
 

دماي بالاي اين سه سياره گازي با در نظر گرفتن فاصله نسبتا زياد آنها از خورشيد در ابتدا قابل توجيه نبود، اما دانشمندان احتمال مي‌دهند زحل، اورانوس و نپتون هنوز در حال فشرده شدن هستند که اين مساله موجب بالا رفتن دماي هسته آنها شده است. مصداق اين امر نيز متغير بودن ميزان تابش راديويي آنها در طول زمان است.
 

با وجود اينکه پلوتو ميدان مغناطيسي بسيار ضعيفي دارد و به دليل فاصله زياد آن تا خورشيد حرارت بالايي نيز ندارد، اما گمان مي‌رود سطح اين سياره کوتوله داراي قدرت بازتابنده بالايي است و بيشتر امواج دريافتي از خورشيد را بازتاب مي‌کند.
 

از آنجا که بسياري از اجرام منظومه شمسي در طول موج راديويي درخشندگي چشمگيري ندارند، دانشمندان از فناوري رادار براي کسب اطلاعات بيشتر از اين اجرام بهره مي‌گيرند. در اين روش امواج راديويي با فرکانس مشخصي به سطح جسم مورد نظر ارسال مي‌شوند و از دريافت پرتوهاي بازتابي اطلاعاتي به دست مي‌آيد که از جمله آنها فاصله آن جسم تا زمين و سرعت حرکت آن است.

با محاسبه مدت زماني که از هنگام ارسال امواج راديويي تا زمان دريافت امواج بازتابي طول مي‌کشد و دانستن اينکه تمامي امواج الکترومغناطيسي با سرعت نور در خلأ حرکت مي‌کنند مي‌توان به راحتي فاصله جسم تا زمين را محاسبه کرد. سرعت نزديک يا دور شدن آن جسم به زمين را نيز با محاسبه تغيير اندک (قوي يا ضعيف شدن) فرکانس دريافتي نسبت به فرکانس اوليه مي‌توان به دست آورد. اين تغيير فرکانس که به آن [انتقال داپلري] گفته مي‌شود، همانند پديده‌اي است که موجب مي‌شود بتوانيم نزديک شدن يا دور شدن يک قطار را از طريق گوش کردن به صداي سوت آن تشخيص دهيم.

از فناوري رادار همچنين مي‌توان براي تصويربرداري از سطح اجرام سماوي استفاده کرد. بنابراين مي‌توان اين فناوري را نوعي توليد مصنوعي امواج راديويي در اجسامي که به طور طبيعي در اين بخش از طيف پرتوافشاني نمي‌کنند، دانست.

از جمله مهم‌ترين دستاوردهاي استفاده از رادار براي مطالعه اجرام سماوي مي‌توان موارد زير را برشمرد:
 
  • محاسبه دقيق سرعت حرکت وضعي سياره زهره
  • محاسبه رقم دقيق [واحد نجومي]
  • تصويربرداري از سطح سيارات جامد و اقمار منظومه شمسي
  • محاسبه طول حرکت وضعي سيارات داخلي منظومه شمسي و تعدادي از اقمار
  • رصد سيارک‌ها و دنباله‌دارها
  • بررسي امکان وجود يخ در قطب‌هاي ماه
بر روي تصاويري که خواه به کمک پردازش امواج راديويي طبيعي و خواه با استفاده از فناوري رادار از اجرام سماوي تهيه مي‌شوند، معمولا تغييراتي اعمال مي‌شود. مثلا از رنگ‌هاي مختلف براي مشخص کردن پستي و بلندي‌ها استفاده مي‌شود. تصاوير همچنين مي‌توانند ترکيب تصاوير دريافتي با فرکانس‌هاي مختلف راديويي يا ترکيب تصاوير راديويي با عکس‌هاي تهيه‌شده توسط ساير بخش‌هاي طيف الکترومغناطيسي باشند.
منبع: Iraninan space agency
 

مراجع
[1] - Gulkis S. and De Pater I., “Planetary Radio Astronomy”, California Institute of Technology and University of California, Berkley, Apr. 2000.
[2] - Miller D.F., “Basics of Radio Astronomy for the Goldstone-Apple Valley Radio Telescope,” California Institute of Technology, Pasadena, California, 1997.
[3] - www.jpl.nasa.gov/radioastronomy
[4] - www.nrao.edu

 

حتماً بخوانید...

کتاب

عناوین برگزیده