Önce özete göz atDersin sonundaki özet, okumaya başlamadan önce yol haritası olarak.
- Karl Jansky 1930'larda uzun mesafeli radyo haberleşmesi için anten denerken Samanyolu'ndan gelen radyo dalgalarını keşfetti; kaynağın en güçlü anının günden güne dört dakika öne kayması, onun yıldızlara bağlı olduğunu gösterdi.
- Radyo dalgaları çok uzun olduğu için radyo teleskoplarının çözünürlüğü düşüktür; 21 santimetrede 100 metrelik bir çanak yalnızca yaklaşık 7 yay dakikası seçer, bu yüzden çanaklar dev yapılır ve 36 kilometreye yayılan VLA ya da ALMA gibi dizilerde birbirine bağlanır.
- 21 santimetrelik bir radyo fotonunun enerjisi yaklaşık 6 × 10⁻⁶ elektronvolttur, kırmızı bir görünür ışık fotonundan yüz binlerce kat zayıftır; buna karşın radyo, soğuk gazı, molekülleri, pulsarları ve kuasarları gösteren eşsiz bir penceredir.
Kanca
1930'larda, ABD'deki Bell Telefon Laboratuvarları'nda bir mühendis, uzun mesafeli radyo haberleşmesi için antenler deniyordu. Karl Jansky (okunuşu "karl censki") kayıtlarında gizemli bir cızırtıyla karşılaştı: bilinen hiçbir vericiye bağlanamayan, sürekli ve hafif bir tıslama.
Bu tıslama Dünya'dan değil, galaksimizden, Samanyolu'ndan geliyordu. Bir telefon şirketinin arıza araştırması, gökbilime gözle görülemeyen yepyeni bir pencere açtı.
Merkezi soru
Gökcisimlerinden gelen radyo dalgaları nasıl keşfedildi, radyo teleskopları neden bu kadar büyük olmak zorundadır ve radyo gözlemleri evren hakkında görünür ışığın söyleyemediği neleri söyler?
Anlatım
Yıldızlara bağlı bir tıslama
Jansky'nin elindeki en güçlü ipucu, tıslamanın zamanıydı. Gürültü her gün en güçlü hâline ulaşıyordu, ama her gün biraz daha erken. OpenStax'ın anlattığına göre Jansky, kaynağın gökyüzündeki yerini, Dünya'nın yıldızlara göre dönüşünün Güneş'e göre dönüşünden dört dakika kısa olmasından çıkardı.
Neden dört dakika? Çünkü gezegenimiz bir yandan dönerken bir yandan da yörüngesinde ilerler. Güneş'i yeniden aynı yerde görmek için Dünya'nın bir tam turdan biraz fazla dönmesi gerekir. Yıldızlara göre bir tur ise yaklaşık 23 saat 56 dakika sürer. Kaynak Güneş'e bağlı olsaydı her gün aynı saatte en güçlü olurdu; tepe noktası her gün dört dakika öne kaydığına göre, yıldızların arasında sabit bir yerdeydi. OpenStax'a göre cızırtı Samanyolu'ndan geliyordu.
Çözümlü problem 1: Dört dakikanın birikmesi
Günde dört dakika küçük görünür, ama birikir. Bir haftada 4 × 7 = 28 dakika, bir ayda 4 × 30 = 120 dakika, yani iki saat eder. Bunu "dört dakika çarpı otuz gün, yüz yirmi dakika, yani iki saat" diye okuruz.
Bir yılda birikim 4 × 365 ≈ 1460 dakika, yani yaklaşık yirmi dört saattir: kaynak, bir yıl sonra yeniden aynı saatte en güçlü hâline döner. Jansky'nin kayıtlarında bu yavaş kayma, tıslamanın Güneş Sistemi'nin dışından, yıldızların dünyasından geldiğini gösterdi.
İlk radyo teleskobu
Jansky'nin buluşunu ilk izleyen, bir amatördü. OpenStax'a göre Grote Reber (okunuşu "grout rebır") 1936'da galvanizli demir ve tahtadan, kozmik radyo dalgalarını almak için özel olarak tasarlanmış ilk anteni kurdu ve gökyüzünün öncü radyo taramalarını yaptı. Bu, çanak biçimli radyo teleskoplarının atasıydı.
Bir radyo teleskobu, tıpkı aynalı bir optik teleskop gibi çalışır: büyük, eğri bir yüzey gelen dalgaları toplayıp bir odakta birleştirir. Farkı, yüzeyinin cam değil metal olması ve kusursuz düzgünlüğünün milimetre ölçeğinde kalabilmesidir; çünkü yakaladığı dalgalar ışığınkinden binlerce kat uzundur.
Çözümlü problem 2: Radyo çanakları neden devasa?
Ders 16.6'da bir teleskobun çözünürlüğünün yaklaşık λ / D olduğunu gördük. Hidrojenin 21 santimetrelik radyo çizgisinde, OpenStax'ın büyük tek çanaklar arasında saydığı 100 metrelik Green Bank teleskobunun çözünürlüğü: θ ≈ 0,21 / 100 = 2,1 × 10⁻³ radyan, yaklaşık 7 yay dakikası. Sesli okunuşu: "sıfır virgül yirmi bir metre bölü yüz metre, yaklaşık yedi yay dakikası."
Karşılaştıralım: görünür ışıkta, 500 nanometrede, 2,4 metrelik bir uzay teleskobunun çözünürlüğü yaklaşık 0,04 yay saniyesidir. Yüz metrelik radyo çanağı, bu küçük teleskoptan on bin kat daha bulanık görür. Radyo teleskoplarının dev olmasının ve birbirine bağlanmasının nedeni budur.
OpenStax'a göre Karl G. Jansky Çok Büyük Dizisi (Very Large Array) 36 kilometreye yayılmış 27 çanağı birlikte çalıştırır. Bu açıklıkla, 21 santimetrede çözünürlük 0,21 / 36.000 ≈ 5,8 × 10⁻⁶ radyan, yaklaşık 1,2 yay saniyesi olur. Şili'deki ALMA ise 66 anteniyle, 16 kilometrelik temel çizgilerde 6 miliyay saniyesine kadar iner.
Çözümlü problem 3: Radyo fotonu ne kadar zayıf?
Ders 15.3'te kullandığımız 1240 eV·nm kısayolunu radyo dalgasına uygulayalım. 21 santimetre, 2,1 × 10⁸ nanometredir. E ≈ 1240 / 2,1 × 10⁸ ≈ 5,9 × 10⁻⁶ eV. Yüksek sesle: "bin iki yüz kırkı iki yüz on milyon nanometreye böl; altı milyonda bir elektronvolt civarı."
Hidrojenin kırmızı çizgisindeki bir fotonun enerjisi yaklaşık 1,89 eV'tur. 21 santimetrelik radyo fotonu ondan üç yüz bin kattan fazla zayıftır. Radyo teleskoplarının çok büyük alanlara ve son derece duyarlı alıcılara ihtiyaç duymasının bir nedeni de budur.
Radyonun gösterdiği evren
Radyo dalgaları tozdan ve gazdan kolayca geçer ve görünür ışık yaymayan maddeyi gösterir. OpenStax'a göre radyo gözlemleri, kaynakların kimyası ve fiziksel koşulları hakkında bilgi verir. Soğuk yıldızlararası hidrojen 21 santimetrede ışır; molekül bulutları kendi radyo çizgileriyle görünür; pulsarlar ve kuasarlar güçlü radyo kaynaklarıdır. Görünür ışıkta sakin görünen pek çok galaksi, radyoda merkezinden dışarı uzanan dev jetler ve kulaklar gösterir.
Aslında…
Yaygın yanlış✗ "Radyo teleskopları uzaydaki sesleri dinler; gökbilimciler kulaklıkla evreni duyar." ✓ Radyo dalgaları ses değil, ışıktır: görünür ışıkla aynı elektromanyetik dalgaların çok daha uzun dalga boylu hâlidir ve boşlukta ışık hızıyla yayılır.
Radyo teleskopları bu dalgaların gücünü ve frekansını ölçer; çıkan veriler görüntülere, tayflara ya da istenirse bir ses dosyasına çevrilebilir. Yanılgı, "radyo" sözcüğünü gündelik hayattaki ses yayınıyla özdeşleştirmekten doğuyor; oysa evdeki radyo da havadaki elektromanyetik dalgayı ses olarak yeniden üreten bir alettir.
Büyük resim
Radyo gökbilimi, evreni ilk kez görünür ışığın dışında bir pencereden gösterdi. Bu pencereden kuasarlar, pulsarlar, yıldızlararası moleküller ve galaksiler arası dev jetler keşfedildi. Bugün Olay Ufku Teleskobu'nun kara delik görüntüleri de radyo dalgalarıyla elde edildi.
Radyonun asıl gücü, görünür ışığın göremediğini göstermesidir: tozun arkasındaki bölgeleri, soğuk gazı, en şiddetli olayların parçacıklarını. Jansky'nin telefon hattındaki tıslama, evrenin görünmeyen yarısının ilk fısıltısıydı.
Özet
- Karl Jansky 1930'larda uzun mesafeli radyo haberleşmesi için anten denerken Samanyolu'ndan gelen radyo dalgalarını keşfetti; kaynağın en güçlü anının günden güne dört dakika öne kayması, onun yıldızlara bağlı olduğunu gösterdi.
- Radyo dalgaları çok uzun olduğu için radyo teleskoplarının çözünürlüğü düşüktür; 21 santimetrede 100 metrelik bir çanak yalnızca yaklaşık 7 yay dakikası seçer, bu yüzden çanaklar dev yapılır ve 36 kilometreye yayılan VLA ya da ALMA gibi dizilerde birbirine bağlanır.
- 21 santimetrelik bir radyo fotonunun enerjisi yaklaşık 6 × 10⁻⁶ elektronvolttur, kırmızı bir görünür ışık fotonundan yüz binlerce kat zayıftır; buna karşın radyo, soğuk gazı, molekülleri, pulsarları ve kuasarları gösteren eşsiz bir penceredir.
Görev
Quiz
- Karl Jansky radyo astronomisinin kapısını hangi işi yaparken açtı?
- Jansky, kaynağın Güneş'e değil yıldızlara bağlı olduğunu nasıl anladı?
- Radyo teleskoplarının çözünürlüğü neden düşüktür?
- 36 kilometreye yayılmış bir dizi 21 santimetrede yaklaşık kaç yay saniyesi çözünürlüğe ulaşır?
- Radyo gözlemleri görünür ışığın gösteremediği hangi şeyleri gösterir?
Cevaplar
- Uzun mesafeli radyo haberleşmesi için anten deneyleri yaparken karşılaştığı gizemli cızırtının kaynağını araştırırken.
- Gürültü her gün yaklaşık dört dakika erken en güçlü hâline ulaşıyordu; bu, Dünya'nın yıldızlara göre dönüş süresiyle, yani 23 saat 56 dakikayla uyumluydu.
- Çünkü çözünürlük dalga boyunun açıklığa bölümüdür ve radyo dalgaları görünür ışıktan binlerce, milyonlarca kat uzundur.
- Yaklaşık 1,2 yay saniyesi.
- Soğuk yıldızlararası hidrojeni, molekül bulutlarını, tozun arkasındaki bölgeleri, pulsarları, kuasarları ve galaksilerin dev jetlerini.
Kaynaklar
Sonraki derse köprü
Radyo dalgaları tozdan geçebilir, ama tek pencere o değil. Görünür ışıkta kapkara görünen toz bulutları, biraz daha uzun dalga boylarında, kızılötesinde, içlerinde doğmakta olan yıldızlarla dolu çıkar. Kızılötesi ışık tozun arkasını nasıl gösterir ve Webb teleskobu neden bu dalga boylarını seçti?