10.25 טלסקופי רדיו

טלסקופ רדיו הוא מכשיר שאוסף ומרכז גלי רדיו, בדומה לטלסקופ אופטי, שאוסף ומרכז גלי אור. המהנדס האמריקאי קארל ג'נסקי בנה את טלסקופ הרדיו הראשון במעבדות הטלפון של בל, בתחילת שנות ה-30 של המאה ה-20. האנטנה שלו הייתה באורך של 30 מטרים, והיא הסתובבה על ארבעה גלגלים של מכונית "פורד T". בעזרתה הוא קלט "רחש" רדיו מהשמיים, ובדרך מדד פליטת רדיו משביל החלב, מכיוון קבוצת הכוכבים קשת. ג'נסקי היה בטוח שהרחש מגיע מגוף אסטרונומי, כי הוא חזר במחזור של 23 שעות ו-56 דקות – יממה כוכבית – ואילו הפרעה ממקור על כדור הארץ הייתה חוזרת כל 24 שעות.

גרוט רבר האמריקאי היה אסטרונום חובב, שבנה טלסקופ רדיו בקוטר 10 מטרים בחצר ביתו. במשך כמעט עשור אחרי ההמצאה של ג'נסקי, רבר היה אסטרונום הרדיו היחיד בעולם! כמו אסטרונום אופטי, הוא עיצב משטח מתכת קעור כדי למקד את גלי הרדיו. הוא צפה כמעט בכל לילה, מחצות עד שש בבוקר, ואז נסע לעבודה היומית שלו בחברת רדיו. בשנות ה-40 הוא הפיק מפה יפהפייה של גלי הרדיו שמגיעים משביל החלב – המפה הראשונה של השמיים מחוץ לתחום האופטי. אסטרונומיית הרדיו קיבלה דחיפה עצומה מפיתוח המכ"ם במלחמת העולם השנייה: רבים מאלה שעבדו על המכ"ם היו אחרי המלחמה לחלוצי אסטרונומיית הרדיו.

טלסקופי רדיו וטלסקופים אופטיים פועלים בעקרון באותה דרך. לגלי רדיו יש אורכי גל ארוכים בהרבה מאלה של האור הנראה, והם נושאים הרבה פחות אנרגיה לכל פוטון. לכן טלסקופי רדיו צריכים משטח גדול יותר כדי לאסוף מספיק אנרגיה לאות חזק. מצד שני, מאחר שאורך הגל ארוך יותר, המשטח אינו צריך להיות מדויק כמו מראה של טלסקופ אופטי. לטלסקופ רדיו יש משטח קעור ("צלחת") של מתכת או של רשת תיל, שמחזיר את גלי הרדיו אל המוקד, ושם הם הופכים לאות חשמלי. אסטרונומיית רדיו נעשית בטווח רחב של אורכי גל, ממילימטר בערך ועד עשרה מטרים – טווח של פי עשרת אלפים. לשם השוואה, כל הספקטרום הנראה, מאדום ועד כחול, משתרע על טווח של פי שניים בלבד באורך הגל. מתקן אחד שמשלב 27 צלחות רדיו הוא ה-VLA (Very Large Array) במרכז ניו מקסיקו. במשך יותר מחמישים שנה, הצלחת הגדולה ביותר שנבנתה הייתה צלחת ארסיבו, בקוטר 305 מטרים, שנבנתה בתוך שקע טבעי בנוף בפוארטו ריקו. אי אפשר היה לכוון אותה, אבל בעזרת סיבוב כדור הארץ ואנטנות קליטה ניידות היא יכלה לעקוב אחרי גופים ברצועה צרה של השמיים. צלחות הרדיו הגדולות ביותר שאפשר לכוון לכל כיוון הן הטלסקופ בקוטר 100 מטרים באפלסברג שבגרמניה, וטלסקופ גרין בנק בווירג'יניה המערבית, בגודל דומה. ארסיבו ניזוק בהוריקן ובשתי רעידות אדמה, וב-2020 קרס, והטלסקופ נהרס למעשה. הטלסקופ הגדול ביותר כיום הוא FAST, טלסקופ הרדיו בעל צמצם של 500 מטרים, שנבנה בשקע טבעי בנוף בדרום-מערב סין. המתקן שעתיד להיות טלסקופ הרדיו הגדול והחזק בעולם הוא ה-SKA (Square Kilometre Array), שנבנה בדרום אפריקה ובאוסטרליה: רשת של צלחות ואנטנות, ששטח האיסוף הכולל שלהן אמור להגיע לקילומטר רבוע. החלקים הראשונים של שני המערכים, SKA-Low באוסטרליה ו-SKA-Mid בדרום אפריקה, כבר החלו בתצפיות ראשונות. ה-SKA יהיה רגיש פי כמה מכל מערך רדיו קודם, וסורק את השמיים מהר יותר בעשרות מונים.

אסטרונומי רדיו משתמשים בשיטות משלהם לגילוי הקרינה ולרישום האות. זכרו שבאסטרונומיה האופטית משתמשים בדרך כלל בגלאי CCD, שהופך פוטונים לאלקטרונים בשבב של מוליך למחצה, ואחר כך מגבירים את האות והופכים אותו לדיגיטלי. אסטרונומי רדיו אינם קולטים פוטונים בודדים של רדיו: האות שמגיע מהטלסקופ הוא זרם חשמלי זעיר, שצריך להגביר מיליוני פעמים, ואחר כך להמיר מאות אנלוגי לאות דיגיטלי. כדי להקטין את הרעש, מקררים בדרך כלל את הגלאים ואת המגברים לטמפרטורות נמוכות מאוד – שיטה שמשמשת מאותה סיבה גם באסטרונומיה האופטית. אסטרונומי רדיו אינם צריכים לדאוג מזיהום אור, כמו האסטרונומים האופטיים, אבל יש להם בעיות משלהם: הפרעות של שידורי טלוויזיה, רדיו ומכ"ם. כדי להתמודד עם "זיהום הרדיו", מצפי הרדיו נבנים הרחק ממרכזי אוכלוסייה, ובדרך כלל בעמקים. מצפה הרדיו הלאומי בווירג'יניה המערבית נמצא ב"אזור שקט" מיוחד, ובעיירה הסמוכה, גרין בנק, טלפונים סלולריים ונתבי WiFi מוגבלים מאוד – אולי המקום היחיד כזה בארצות הברית!

→ הסעיף הקודם: 10.24 מידע דיגיטלי  |  הסעיף הבא: 10.26 טלסקופים בחלל ←