نجوم رادیویی

نجوم رادیویی ​

تا پیش از سال ۱۹۳۳ که امواج رادیویی با منشا فرازمینی به طور کاملا تصادفی کشف شدند، مطالعه اجرام سماوی تنها در طول موج مرئی و به کمک تلسکوپ های نوری انجام می گرفت. اما از آن پس، بشر چشم خود را به جهان رادیویی گشود و توانست با مطالعه و رصد رادیویی منابعی که در طول موج های مرئی، بسیار ضعیف و غالباً غیرقابل رصد بودند، اطلاعات بیشتری از جهان پیرامون خود به دست آورد.

نجوم رادیویی به مطالعه امواج رادیویی که از منابعی ورای کره زمین منشا می گیرند، اطلاق می شود. میزان فرکانس یا طول موج دریافتی در زمین عمدتاً به دو عامل بستگی دارد: شرایط جوی و پیشرفت فناوری. جوّ زمین تنها امواج مرئی و بخشی از امواج رادیویی را از خود عبور می دهد. اجسامی که دمای حرارت آنها بین ۳۰۰۰ تا ۱۰,۰۰۰ درجه در مقیاس کلوین باشند، نور مرئی ساطع می کنند. از آنجایی که حسگرهای چشم انسان در اثر برخورد امواج مرئی تحریک می شوند، ما قادریم اجسامی را که از خود نور ساطع می کنند و یا قابلیت بازتابش نور را دارا هستند، بدون نیاز به ابزار خاصی مشاهده کنیم. به همین دلیل بود که علم ستاره شناسی در دوران باستان تنها بر اجسام قابل رویت مانند ستارگان، سیارات و اقمار آن ها و گازهای داغ تمرکز داشت.

اوایل قرن بیستم، منجمان با بررسی دقیق طیف الکترومغناطیسی به این نتیجه رسیدند که یک ستاره در طول موج رادیویی هم قابل رویت است؛ هر چند ستاره ها منابع نسبتاً ضعیف امواج رادیویی هستند. شاید به همین دلیل دانشمندان علاقه خاصی به نجوم رادیویی نشان نمی دادند تا اینکه پرتوهای رادیویی کیهانی به طور اتفاقی و در سال ۱۹۳۱ میلادی توسط مهندس آمریکایی، کارل یانسکی، کشف شدند.

● کارل یانسکی و کشف امواج رادیویی فرازمینی

در دهه ۱۹۲۰، شرکت تلفنی بل شروع به ارائه خدمات تلفنی دوربرد با طول موج کوتاه (&#۹۵۵;=۱۵ m) کرد. اما این پروژه به دلیل بروز نویزهایی که منشأ آنها در حقیقت امواج رادیویی طبیعی بودند، با مشکل مواجه شد. با توجه به اینکه دانشمندان از وجود چنین امواجی تا آن زمان اطلاعی نداشتند، شرکت بل از یکی از مهندسین خود به نام کارل گوته یانسکی خواست تا علت را مورد بررسی قرار دهد.

بدین منظور، یانسکی آنتن هایی ساخت که در فرکانس ۵/۲۰ مگاهرتز کار می کردند و بر چرخ هایی نصب شده بودند که وی را قادر می ساخت راستای آنها را در هر زمان تغییر بدهد. وی متوجه شد که بخشی از نویزهای دریافتی مربوط به رعد و برق می شوند؛ اما با این وجود، هنوز نویزهای دیگری وجود داشتند که بنابر گفته وی موجب بروز صدای هیس مانندی می شدند. با چرخاندن آنتن ها، یانسکی متوجه شد جهت منبع این امواج در طول مدت زمان ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه به تدریج تغییر می کند.

در ابتدا یانسکی فکر کرد منبع این امواج باید خورشید باشد، چراکه به نظر می رسید یافته های وی با چرخش زمین به دور خود و پیدایش شبانه روز ارتباط مستقیمی دارند. اما وی همچنین مشاهده کرد که اوج بروز این نویزها هر روز ۴ دقیقه زودتر از روز قبل است و این مساله با فرضیه وی قابل توجیه نبود.

یانسکی می دانست که خورشید نیز به دور مرکز کهکشان راه شیری در حال چرخش است، زمین در طول یک سال باید علاوه بر ۳۶۵ دور کامل، یک دور دیگر نیز به دور خود بزند تا مجددا در جایگاه قبلی خود به دور خورشید نسبت به ستارگان پس زمینه قرار گیرد. بنابراین، طول حرکت وضعی زمین نسبت به ستارگان (یک شبانه روز نجومی) ۴ دقیقه کمتر از مدت زمان حرکت وضعی آن نسبت به خورشید (یک شبانه روز خورشیدی) است. بنابراین، یانسکی متوجه شد که منبع این امواج باید بسیار دورتر از خورشید و خارج از منظومه شمسی باشد. با مطالعات بیشتر، یانسکی توانست جهت دریافت این امواج را کشف کند و در سال ۱۹۳۳ میلادی اعلام کرد که امواج رادیویی از مرکز کهکشان راه شیری نشأت می گیرند. در حقیقت، نویزهای دریافتی یانسکی امواج رادیویی بودند که در اثر برخورد الکترون ها و پروتون های پرانرژی با گازها و غبار بین ستاره ای و بقایای به جا مانده از انفجارهای ابرنواختری در صفحه کهکشان راه شیری یا نزدیک به آن تولید شده بودند.

این یافته مهم گرچه اندک مدتی تیتر روزنامه های معتبر جهان را به خود اختصاص داد اما به سرعت فراموش شد و تنها معدود افرادی از جمله گروته ربر آلمانی شروع به مطالعات بیشتر بر روی این پدیده کردند. وی نخستین فردی بود که رادیو تلسکوپی با صفحه بازتابنده بشقابی ساخت و توانست نقشه رادیویی کهکشان راه شیری را در فرکانس MHz ۱۶۰ ترسیم کند.

جنگ جهانی دوم و اهمیت استفاده از رادار بار دیگر توجه دانشمندان را به مشاهده رادیویی معطوف ساخت. از آن پس، ساخت ابزارهایی که انسان را قادر به مشاهده و رصد جهان در طول موج رادیویی می ساخت به گونه ای فزاینده پیشرفت کرد، تا آنجا که امروزه تلسکوپهای رادیویی زیادی با کارآیی های متفاوت که در طول موج های مختلفی کار می کنند، در سراسر جهان ساخته و نصب می شوند.

با پیشرفت فناوری فضایی و ارسال ابزارهای سنجشی و تلسکوپهای گوناگون به خارج از جوّ زمین، دانشمندان امروزه قادرند از تمامی فرکانس های طیف الکترومغناطیسی برای مطالعه جهان استفاده کنند. بنابراین بسیاری از اکتشافاتی که زمانی با ابزارهای رادیویی صورت گرفته بودند را امروزه می توان به کمک سایر بخش های طیف به راحتی مشاهده و تأیید کرد.

مشاهده و رصد رادیویی آسمان موجب گشته که نگاه بشر به دنیای اطراف خود کاملاً تغییر یابد و بسیاری از ناشناخته های فضا و اسرار آن را به فهرست دانسته های بشر روانه گرداند. از جمله مهم ترین اکتشافاتی که به کمک امواج رادیویی صورت گرفته است، عبارتند از رصد امواج حرارتی از مرکز کهکشان راه شیری و سایر منابع نجومی، کشف کهکشان هایی که امروزه به نام کهکشان های رادیویی شناخته می شوند و همچنین اختروش ها یا کوازارها و سیاه چاله های بسیار عظیم، درک روند سیر تکامل کیهانی، رصد پرتوهایی که از گازهای سرد بین ستاره ای ساطع می شوند، تابش زمینه ریزموج کیهانی که رازهای پیدایش جهان هستی را در خود نهفته دارد، کشف و مشاهده ستاره های نوترونی، مطالعات فراوان در زمینه گرانش، سیارات فرا خورشیدی (خارج از منظومه شمسی) و رصد ابرهای هیدروژنی و زایشگاه های ستاره ای .
__________________

 

پاسخ : نجوم رادیویی

​

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) __________________

 

پاسخ : نجوم رادیویی

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

​

 

پاسخ : نجوم رادیویی

• 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. ​

 

پاسخ : نجوم رادیویی

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

 

پاسخ : نجوم رادیویی

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.‌

 

پاسخ : نجوم رادیویی

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.

 

پاسخ : نجوم رادیویی

​

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.

 

پاسخ : نجوم رادیویی

​

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)
__________________

 

پاسخ : نجوم رادیویی

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) ​