+
مثير للإعجاب

علم الفلك بالميكروويف يساعد علماء الفلك في استكشاف الكون

علم الفلك بالميكروويف يساعد علماء الفلك في استكشاف الكون

لا يفكر الكثير من الناس في أفران الميكروويف الكونية لأنهم يتناولون طعامهم للغذاء يوميًا. نفس النوع من الإشعاع الذي يستخدمه فرن الميكروويف لابتزاز البوريتو يساعد علماء الفلك على استكشاف الكون. هذا صحيح: إن انبعاثات الموجات الصغرية الناتجة عن الفضاء الخارجي تساعد في إعادة النظر في بداية الكون.

صيد أسفل إشارات الميكروويف

مجموعة رائعة من الكائنات تنبعث منها أفران ميكروويف في الفضاء. أقرب مصدر لأفران الميكروويف غير الأرضية هو شمسنا. تمتص أجواء موجات الموجات الدقيقة من الموجات الدقيقة التي يرسلها. يمكن أن يتداخل بخار الماء في الغلاف الجوي مع اكتشاف إشعاع الميكروويف من الفضاء ، وامتصاصه ومنعه من الوصول إلى سطح الأرض. قام هذا بتدريس علماء الفلك الذين يدرسون إشعاع الموجات الصغرية في الكون لوضع أجهزة الكشف الخاصة بهم على ارتفاعات عالية على الأرض أو في الفضاء.

من ناحية أخرى ، يمكن لإشارات الموجات الصغرية التي يمكنها اختراق السحب والدخان أن تساعد الباحثين في دراسة الظروف على الأرض وتعزيز الاتصالات عبر الأقمار الصناعية. اتضح أن علم الميكروويف مفيد في نواح كثيرة.

إشارات الميكروويف تأتي بأطوال موجية طويلة للغاية. يتطلب الكشف عنها تلسكوبات كبيرة جدًا لأن حجم الكاشف يجب أن يكون أكبر بعدة مرات من الطول الموجي للإشعاع نفسه. توجد أفضل مراصد لعلم الفلك بالميكروويف في الفضاء ، وقد كشفت عن تفاصيل حول الأجسام والأحداث وصولًا إلى بداية الكون.

أفران الميكروويف الكونية

يمثل مركز مجرة ​​درب التبانة مصدرًا للموجات الدقيقة ، رغم أنه ليس واسع النطاق كما هو الحال في المجرات الأخرى الأكثر نشاطًا. ثقبنا الأسود (المسمى القوس A *) هو واحد هادئ إلى حد ما ، كما تذهب هذه الأشياء. لا يبدو أن لديها طائرة ضخمة ، وتتغذى فقط في بعض الأحيان على النجوم والمواد الأخرى التي تمر قريبة جدا.

النجوم النابضة (النجوم النيوترونية الدوارة) هي مصادر قوية جدًا لإشعاع الميكروويف. هذه الأجسام المدمجة القوية تأتي في المرتبة الثانية بعد الثقوب السوداء من حيث الكثافة. تحتوي نجوم النيوترون على حقول مغناطيسية قوية ومعدلات دوران سريعة. أنها تنتج مجموعة واسعة من الإشعاع ، مع انبعاث الميكروويف قوية بشكل خاص. يشار عادةً إلى معظم النجوم النابضة باسم "النجوم النابضة الراديوية" نظرًا لانبعاثاتها الراديوية القوية ، ولكنها قد تكون أيضًا "فائقة السطوع".

تكمن مصادر رائعة لأفران الميكروويف خارج نظامنا الشمسي ومجرتنا. على سبيل المثال ، المجرات النشطة (AGN) ، المدعومة من الثقوب السوداء الهائلة في نوىها ، تنبعث منها انفجارات قوية من الموجات الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لهذه المحركات ذات الثقب الأسود إنشاء نفاثات هائلة من البلازما تتوهج أيضًا بشكل مشرق في أطوال موجات الميكروويف. يمكن أن تكون بعض هياكل البلازما هذه أكبر من المجرة بأكملها التي تحتوي على الثقب الأسود.

قصة الميكروويف الكونية المطلقة

في عام 1964 ، قرر علماء جامعة برينستون ديفيد تود ويلكنسون وروبرت إتش ديكي وبيتر رول بناء كاشف للبحث عن أفران الميكروويف الكونية. لم يكونوا الوحيدين. كما قام عالمان في Bell Labs-Arno Penzias و Robert Wilson- ببناء "قرن" للبحث عن الموجات الصغرية. كان هذا الإشعاع قد تم التنبؤ به في أوائل القرن العشرين ، لكن لم يفعل أحد أي شيء بشأن البحث عنه. أظهرت قياسات العلماء لعام 1964 "غسل" باهتًا لإشعاع الميكروويف عبر السماء بأكملها. اتضح الآن أن توهج الميكروويف الخافت هو إشارة كونية من الكون المبكر. ذهب بينزياس وويلسون للفوز بجائزة نوبل للقياسات والتحليلات التي أجراها والتي أدت إلى تأكيد خلفية الميكروويف الكونية (CMB).

في النهاية ، حصل علماء الفلك على الأموال اللازمة لبناء أجهزة الكشف عن الموجات الصغرية الموجودة في الفضاء ، والتي يمكنها تقديم بيانات أفضل. على سبيل المثال ، أجرى القمر الصناعي الكوني للكشف عن الموجات الصغرية (COBE) دراسة مفصلة عن نموذج الإشعاع CMB هذا ابتداءً من عام 1989. ومنذ ذلك الحين ، اكتشفت عمليات الرصد الأخرى التي أُجريت باستخدام Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) هذا الإشعاع.

إن CMB هو توهج الانفجار الكبير ، الحدث الذي أطلق عالمنا في الحركة. كان الجو حارا للغاية وحيوية. ومع توسع الكون الوليد ، انخفضت كثافة الحرارة. في الأساس ، تم تبريده ، وما الحرارة القليلة التي انتشرت في مساحة أكبر وأكبر. يبلغ عرض الكون اليوم 93 مليار سنة ضوئية ، ويمثل CMB درجة حرارة تبلغ حوالي 2.7 كيلفن. يعتبر علماء الفلك أن درجة الحرارة المنتشرة مثل إشعاع الموجات الصغرية ويستخدمون التقلبات البسيطة في "درجة حرارة" CMB لمعرفة المزيد عن أصول الكون وتطوره.

نقاش حول تكنولوجيا الموجات الصغرية في الكون

تنبعث الموجات الصغرية عند ترددات تتراوح بين 0.3 جيجاهيرتز و 300 جيجاهيرتز. (تساوي جيجاهيرتز واحدًا مليار هيرتز. يتم استخدام "هيرتز" لوصف عدد الدورات في الثانية التي ينبعث منها شيء ما ، حيث تكون هيرتز دورة واحدة في الثانية الواحدة.) يتوافق هذا النطاق من الترددات مع أطوال الموجات بين ملليمتر واحد (واحد الألف من المتر) والمتر. كمرجع ، تنبعث البث التلفزيوني والإذاعي في الجزء السفلي من الطيف ، بين 50 و 1000 ميغاهيرتز (ميغاهرتز).

غالبًا ما يوصف إشعاع الموجات الدقيقة بأنه نطاق إشعاع مستقل ولكنه يُعتبر أيضًا جزءًا من علم الفلك الراديوي. يشير الفلكيون غالبًا إلى الإشعاع ذي الأطوال الموجية في نطاقات الراديو البعيدة المدى والميكروويف والتردد الفائق (UHF) باعتبارها جزءًا من إشعاع "الموجات الصغرية" ، على الرغم من أنها من الناحية الفنية ثلاثة نطاقات طاقة منفصلة.