Już dzisiaj radioteleskopy gruntownie zmieniły nasze wyobrażenia o kształcie Wszechświata. A jest to dopiero przedsmak tego, co nas czeka w roku 1990, gdy urzeczywistniony zostanie radziecki projekt „Radiostron”, mający na celu zbudowanie superradioteleskopu kosmicznego.
Ale po kolei.
DRUGA REWOLUCJA
Przygoda z radioteleskopami zaczęła się niespełna 55 lat temu, gdy inżynier Karl Jansky, młody pracownik Laboratorium Bella dostał polecenie zbadania zakłóceń występujących w przekazywaniu sygnałów radiowych na duże odległości. Po kilku miesiącach pomiarów okazało się, że część szumów zakłócających łączność pochodzi z „nieba”. Odkrycie to stało się na kilka lat sensacją dla dziennikarzy i szerokiej publiczności, ale fachowi astronomowie zlekceważyli je. Zignorowała je również firma Bella. Jansky zmarł w wieku 45 lat, nie zdając sobie sprawy z tego, że zapoczątkował nową dziedzinę nauki — radioastronomię. Pierwszej rewolucji w astronomii dokonali Kopernik i Galileusz. Drugą zapoczątkował Jansky. Rzecz w tym, że technika obserwacyjna zapoczątkowała lunetą Galileusza wyczerpała w pierwszej połowie XX wieku swe możliwości. Coraz trudniejsze stawało się bowiem zwiększanie rozdzielności (a co za tym idzie zasięgu obserwacji) poprzez budowę wielkich teleskopów.
Powstanie radioastronomii przełamało tę barierę. Zdolność rozdzielcza i czułość obserwacji radiowych są obecnie 10 tysięcy razy większe od optycznych. Znaczy to, że obserwuje się promieniowanie radiowe od źródeł, których nie można zidentyfikować optycznie.
Pierwszą radiową mapę nieba opublikował w 1940 roku amerykański radioamator — Grote Reber. Dla astronomów „skazanych” do tego czasu na obserwacje światła widzialnego, otwarło się następne okno w kosmos.
Pierwszy profesjonalny radioteleskop wyposażony w antenę paraboliczną o średnicy 76 m powstał w Jodrell Bank pod Manchesterem. Z kolei w Cambridge zbudowano na odcinku 5 km 8 małych anten połączonych w system. Amerykanie zbudowali nieruchomą antenę o średnicy 300 metrów na wyspie Porto Rico. Radzieccy astronomowie m.in. uruchomili na Kaukazie antenę pierścieniową „Ratan 600”, której obwód wynosi 1,6 km. Dotychczas największy sterowany radioteleskop zbudowany został w RFN; naukowcy z Instytutu Maxa Plan-cka w Effelsburgu od 1971 roku „słuchają” nieba swoim stumetrowym uchem, wychwytując nawet najsłabsze sygnały.
Do ekskluzywnego klubu krajów mogących pochwalić się posiadaniem własnego radioteleskopu należy również Polska. Znajduje się on w Piwnicach 13 km od Torunia, na terenie Zakładu Radioastronomii Uniwersytetu im. Mikołaja Kopernika. Zachęcam, aby planując szkolne wycieczki do Torunia przewidzieć w ich planie wizytę w tym nowoczesnym ośrodku naukowym, w którym polscy radioastronomowie podpatrują życie Wszechświata. Warto!
Konsekwencją drugiej rewolucji w astronomii było radykalne przemeblowanie modelu Wszechświata. Uznawany obecnie za najbardziej odpowiadający obserwacjom „model standardowy”, oparty na teorii Wielkiego Wybuchu, w dalszym ciągu inspiruje jednak więcej pytań niż udziela odpowiedzi. I dlatego, aby na te pytania odpowiedzieć, niezbędne jest dalsze wzbogacanie bazy empirycznej kosmologii
SUPERSYNTEZA
Jest intuicyjnie zrozumiała, że im większą dysponujemy anteną tym słabsze sygnały można odbierać. A możliwość odbioru słabszych sygnałów to zwiększenie zasięgu i rozdzielczości radioteleskopu. Dlatego właśnie od dawna starano się budować coraz większe przyrządy. Toruńska 15-metrowa antena paraboliczna wygląda z bliska okazale i imponująco, ale zestawiona na przykład ze stumetrową czaszą radioteleskopu Instytutu Maxa Plancka maleje do wymiarów karzełka.
Budowa coraz większych anten napotyka jednak na barierę rosnących wykładniczo kosztów i trudności technicznych. Wydawało się, w pewnym momencie, że, tak jak wcześniej astronomia optyczna, również radioastronomia stanęła w swym rozwoju przed murem nie do przebicia. Mur ten jednak przekroczono — dzięki geniuszowi ludzkiemu, matematyce i komputerom. Jeśli ktoś uważał do tej pory matematykę tylko i wyłącznie na nudy i nikomu niepotrzebny przedmiot szkolny — to ma właśnie okazję zmienić zdanie! Okazuje się, że zamiast budować coraz większe anteny, wystarczy odpowiednio skorelować obserwacje prowadzone przez anteny mniejsze. Następnie, za pomocą niezbyt skomplikowanych obliczeń (dwuwymiarowe odwzorowanie Fouriera) otrzymuje się obraz równoważny temu, jaki otrzymalibyśmy dysponując anteną o średnicy równej odległości pomiędzy antenami mniejszymi. Jest to zupełnie fantastyczna możliwość, gdyż oznacza przecież, że używając do obserwacji dwóch anten odległych od siebie na przykład o 100 km, dysponujemy faktycznie zupełnie niemożliwością dzisiaj do zbudowania anteną, której czasza miałaby 100 km średnicy!
Liczbę powyższą można dowolnie zwiększać. I to się robi. We wspólnym eksperymencie przeprowadzonym przez obserwatoria w Green Bank (USA) i w Simeiżk (ZSRR, Krym) uzyskano np. pozytywne wyniki na bazie 8030 km.
Za opracowanie i zrealizowanie tej właśnie metody obserwacji — nazwanej supersyntezą aparatury — prof. Martin Ryle otrzymał w 1978 roku jak najbardziej zasłużoną Nagrodę Nobla.
A wyobraźmy sobie, że z radioteleskopem na Ziemi współpracował będzie radioteleskop umieszczony w przestrzeni kosmicznej...
RADIOSTRON
Idźmy dalej. A co stoi na przeszkodzie aby stworzyć przyrząd (nazywa się on fachowo interferometrem) złożony z dwóch lub więcej radioteleskopów umieszczonych w kosmosie? Przecież będziemy mogli dysponować dzięki temu takimi możliwościami, jakie uzyskalibyśmy budując na przykład antenę paraboliczną o średnicy ponad 70 tysięcy kilometrów (średnica orbity geostacjonarnej). Jest to już dzisiaj w pełni realne. Akademik Roald Sagdiejew, dyrektor radzieckiego Instytutu Badań Kosmicznych zapowiedział, że taki właśnie interferometr, złożony z trzech umieszczonych w kosmosie radioteleskopów, Związek Radziecki zamierza uruchomić w roku 1990. Projekt nosi kryptonim „Radiostron” i już dziś wzbudza zainteresowanie uczonych całego świata.
— Co daje umieszczenie radioteleskopów w przestrzeni kosmicznej? — będąc w Instytucie Badań Kosmicznych w Moskwie zapytałem o to prof. Nikołaja Kardaszewa, członka-korespondenta Akademii Nauk ZSRR, czołowego specjalistę na świecie w zakresie poszukiwań pozaziemskich cywilizacji.
— Chodzi nie tylko o zwiększenie odległości między antenami, czyli o zwiększenie rozdzielczości przyrządu — odpowiada prof. Kardaszew. — Równie istotne jest całkowite wykluczenie wszystkich zakłóceń, które są wywoływane na Ziemi przez liczne radiostacje i urządzenia przemysłowe.
— W jaki punkt nieba proponuje pan profesor skierować taki radioteleskop w pierwszej kolejności?
— Pierwszeństwo należy się jądrom galaktyk i pulsarom oraz okolicom hipotetycznych „czarnych dziur” o bardzo dużych masach, rzędu miliardów mas Słońca. Interferometr ten umożliwi też wykonanie kolejnego znaczącego kroku w poszukiwaniu pozaziemskich cywilizacji.
Waldemar Siwiński
