Чому радіоастрономія не «слухає» небо

У фільмі 1997 року «Контакт» Еллі Ерроуей — молодий радіоастроном, яку грає Джоді Фостер. Еллі виконує місію з виявлення інопланетного життя, і в одній відомій сцені, знятій на Very Large Array, вона сидить на краю обсерваторії, слухаючи радіозвуки неба з антенними антенами на задньому плані.

Це чудовий кінематографічний момент, який підкреслює самотні пошуки правди Еллі, і став настільки знаковим, що багато відвідувачів VLA роблять «цей знімок», на якому вони в навушниках стоять перед радіотарілкою. Але якою б прекрасною поетичністю не була ця сцена, це голлівудська магія, а не жорстка наука. Радіосигнали з навушників і комп’ютера Еллі створюють перешкоди чутливому обладнанню обсерваторії , тому радіоастрономи не слухають небо.

Думка про те, що радіоастрономи слухають небесні об’єкти, є чи не найбільшою помилкою в радіоастрономії. І певною мірою це зрозуміло. Люди постійно слухають радіо, тому радіоастрономи повинні робити те саме. Але звуки, які ми чуємо по радіо, не є звуками самого радіо. Вони перетворюються з електричних сигналів. Для проходження звукових хвиль потрібне таке середовище, як повітря, а оскільки простір, по суті, є вакуумом, звуки не можуть поширюватися крізь нього. Якби астрономи прислухалися до неба, вони б почули лише тишу.

Радіо — це форма світла. Це як видиме світло, але з набагато більшою довжиною хвилі. У той час як видиме світло має довжину хвилі в масштабі атомів, радіосвітло має довжину хвилі від товщини грифеля олівця до довжини шини.

Оскільки довжини радіохвиль відповідають людському масштабу, технологія радіоастрономії часто сильно відрізняється від технології оптичної астрономії. Існує велика схожість. І оптична, і радіоастрономія використовують відбиваючі поверхні для фокусування світла на детекторі або приймачі, які потім перетворюють світло в цифровий сигнал. Потім астрономи можуть використовувати цей цифровий сигнал для створення астрономічних зображень. Але оскільки довжини радіохвиль набагато довші за видимі довжини хвиль, ми повинні досягати цього подвигу різними способами.

Одним з ключових факторів є розмір відбивача. Як правило, чим більший ваш рефлектор або дзеркало, тим більше світла ви можете сфокусувати й тим чіткіше та яскравіше ваше зображення. Ось чому найкращі оптичні телескопи мають дзеркала діаметром кілька метрів. Але розмір вашого рефлектора повинен відповідати розміру вашої довжини хвилі. Оскільки радіохвилі в тисячі разів довші за видимі хвилі, дзеркало радіотелескопа мало б бути більшим за Манхеттен. Це не те, що ми можемо створити, тому замість цього ми створюємо масиви менших страв. Кожна антенна антена діє як частина більшого дзеркала. Потім астрономи можуть симулювати загальноміську тарілку, поєднуючи дані з масиву менших тарілок.

Іншим фактором є те, що радіосвітло часто набагато слабше, ніж видиме світло, і існує багато речей, які створюють радіосвітло. Це означає, що радіотелескопи мають бути захищені від повсякденних предметів, таких як мобільні телефони та комп’ютерне обладнання, яке випромінює радіосвітло. Антенні приймачі також повинні бути дуже холодними. Об’єкти кімнатної температури випромінюють багато слабкого радіосвітла, яке може вплинути на точність даних спостережень, тому приймачі та іншу електроніку радіотелескопа потрібно переохолодити, щоб перетворити радіосвітло в цифровий сигнал.

Звичайно, щойно астрономи отримають свої дані, вони завжди зможуть перетворити їх на звук. Найбільш відомо це робиться з пульсарами, де електричні спалахи енергії від нейтронної зірки перетворюються на чутні хлопки. Астрономи також конвертували такі явища, як бурхливе полярне сяйво Юпітера або голосіння далекої туманності. Ці звуки можуть дати нам емоційний зв’язок із космосом, але, як і сцена з «Контакту», вони є просто поетичною інтерпретацією радіосвітла, яке ми вловлюємо.