ستاره شناسی رادیویی

اختر شناسی رادیویی علی‌رغم عمر نسبتاً كوتاه خود، كمی بیش از 70 سال، نقشی اساسی در مطالعه عالم داشته است. در طول چند دهه گذشته، تكامل این علم به كشف رده‌های كاملاً جدید از منابع تابشی دوردست و پرقدرتی چون تپ اخترها، ستاره‌وش‌ها (كوازارها)، كهكشان‌های برخوردی و غیره منجر شده است.
اختر فیزیك‌دانان از اخترشناسی رادیویی برای (دیدن) و درك آنچه در نخستین مراحل انبساط عالم روی داده است، بهره می‌گیرند؛ چه وقت و چگونه كهكشان‌های نخستین، ستاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای به وجود آمدند، ستاره‌وش‌ها و هسته‌های كهكشانی چیستند، و آیا این هسته‌ها با سیاه‌چاله‌ها ارتباط دارند یا نه. آنان درصدند كه به خصوصیات اصلی كیهان، چگالی میانگین و تكامل آن از لحظه مهبانگ، دست یابند.
بالاخره جالب است كه بدانیم آیا جهان‌های دیگری وجود دارند كه از لحاظ قوانین حاكم با جهان ما تفاوت اساسی داشته باشند، و اینكه كوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی، كه باز تولید حالت‌های ماده آن‌ها در آزمایشگاه هنوز ممكن نیست، چه ماهیتی دارند. دانشمندان می‌خواهند كوارك‌ها را كشف كنند و مورد مطالعه قرار دهند تا در مورد ساختار و خصوصیات ذرات بنیادی اطلاعات بیشتری به دست آورند. آنان میل دارند كه با یافتن و مطالعه منظومه‌های سیاره‌ای دیگری كه مراحل مختلفی از تكامل خود را طی می‌كنند، احتمال پدیدار شدن اشكالی از حیات را در قسمت‌های مختلف عالم برآورد كنند، و شاید حتی تمدن‌های دور افتاده‌ای را كشف كنند.
روش‌های رادیویی به ما امكان نشان كردن و مطالعه اشیاء آن چنان دوری را می‌دهند كه تنها مقدار بسیار ناچیزی انرژی از آن‌ها به ما می‌رسد. این روش‌ها همچنین به ما كمك می‌كنند تا اشیاء آنچنان سردی را بیابیم و بررسی كنیم كه تابش آن‌ها عمدتاً در گستره بسامدهای رادیویی قرار می‌گیرد. طول موج‌های رادیویی از انواع دیگر انرژی كه معمولاً مورد مطالعه اختر شناسان قرار دارند – فروسرخ، مرئی، فرابنفش، پرتوایكس و پرتو گاما بلند‌ترند. به همین علت دقت لازم در ساختن سطح یك رادیو تلسكوپ بسیار كمتر از دقت مورد نیاز برای سطح یك تلسكوپ نوری است. برای مثال، بزرگترین تلسكوپ‌های رادیویی و نوری در روسیه، با هزینه‌ای تقریباً یكسان، به ترتیب قطرهایی بیش از 600 متر و 6 متر دارند.
ابداع تداخل سنج‌های رادیویی، یعنی سیستم‌هایی از آنتن‌ها كه كیلومترها از هم فاصله دارند ولی مثل یك مجموعه واحد عمل می‌كنند، گام بزرگی در پیشرفت نجوم رادیویی بود. تفكیك زاویه‌ای یك تداخل سنج (قابلیت جدا سازی اشیائی كه در آسمان نزدیك به هم دیده می‌شوند) از روی فاصله دورترین آنت‌ها تعیین می‌‌شود. این فاصله را قاعدتاً تداخل سنج می‌نامند. طی دهه‌های گذشته سیستم‌هایی پیدا شدند كه قاعده آن‌ها به چندین كیلومتر می‌رسید. رصدهای انجام شده با این سیستم‌ها كشف كهكشان‌های رادیویی را به همراه داشت و منجر به شناسایی آن‌ها به عنوان اجسام مرئی ویژه شد.
در سال‌های اخیر، اندازه این تداخل سنج‌ها با قطر زمین قابل مقایسه شده است. در حال حاضر تعداد خیلی كمی از این زوج آنتن‌ها در فواصل بین قاره‌ای مشغول كارند كه زوج آنتن‌های استرالیا – امریكای شمالی – روسیه از آن جمله‌اند. بدین ترتیب تفكیك زاویه‌ای تا کمتر از 0002ر0 ثانیه قوسی افزایش یافته است.
با بردن یكی از این آنتن‌ها به فضا، ایجاد تداخل سنجی با قدرت تفكیك خیلی بیشتر امكان پذیر خواهد شد. هرچه مدار گردش آنتن به ورد زمین بزرگتر باشد، جزئیات كوچكتری قابل مشاهده می‌شود. به علاوه چون نیروی گرانی مسئله‌ای در مدار ایجاد نمی‌كند، می‌توان آنتن‌های بسیار بزرگ (یا مجموعه‌های كاملی از آن‌ها) را از مواد سبك ساخت. افزایش مساحت یك رادیو تلسكوپ، سرراست‌ترین راهی است كه حساسیت دستگاه را زیاد می‌كند و بدین ترتیب دسترسی به اشیاء كم سوتری ممكن می‌شود. به‌علاوه مشكلات ناشی از تداخل رادیویی وسایل ساخته بشر در فضا به حداقل می‌رسد.
حتی می‌توان سیستم‌هایی را تصور كرد كه در آن‌ها دو یا چند عنصر تداخل سنج در مدار عمل كنند. در این صورت آنتن‌هایی با اندازه چندین كیلومتر، كه میلیون‌ها كیلومتر از یكدیگر فاصله دارند، طول موج‌هایی در گستره‌های دسی متری، و میلی متری را دریافت خواهند كرد. این آنتن‌ها را می‌توان با سوار كردن قطعات استاندارد به قطر 100 تا 300 متر به وجود آورد. مهم‌تر اینكه هزینه این آنتن‌ها احتمالاً از واحدهای با اندازه مشابه كه در روی زمین نصب می‌شوند كمتر خواهد بود.
ما معتقدیم به جای بازتابنده‌های سهمیوار كه در بیشتر رادیوتلسكوپ‌های مستقر در زمین به كار می‌روند، بهتر است در فضا از بازتابنده‌های كروی عظیم استفاده شود. یك سفینه فضایی كامل كه به دستگاه گیرنده پرتوسنجی مجهز است، در منطقه كانونی سیستم جای خواهد گرفت. دقت سطح بازتابنده توسط سفینه دیگری كه در مركز انحنای قرص قرار دارد تعیین و كنترل می‌شود.
علاوه بر مزایای ساختمان ساده‌ای كه از قطعات مشابه تشكیل شده است، بازتابنده‌های كروی با فاصله كانونی زیاد، قابلیت‌های مهم دیگری نیز دارند. یكی اینكه میدان دید وسیع است و در محدوده وسیعی از آسمان رصدهای همزمان را در جهت‌های مختلف امكان‌پذیر می‌كند (از این تكنیك در تلسكوپ كروی ثابت 1000 پایی (305 متری) آره سیوو در پورتوریكو استفاده می‌شود).
ساختن یك تداخل سنج رادیویی با قاعده‌ای به طول چندین واحد نجومی، كه از آنتن‌هایی به قطر چندین كیلومتر تشكیل شده باشد، كمك خواهد كرد كه حساسیت و تفكیك زاویه‌ای، میلیون‌ها بار بهتر از آن شود كه در حال حاضر بر روی زمین قابل وصول است. این امر فرصت‌های جدیدی برای پژوهش فراهم خواهد كرد كه مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از جستجو برای علایم رادیویی مصنوعی و ردیابی فعالیت‌های تمدن‌های برون‌زمینی، تولید تصاویر سه بعدی از اشیاء نجومی، و محاسبه فواصل و سرعت‌های این اشیاء.
به عنوان مثال، با استفاده از روش‌های مستقیم دقیق، فواصل اشیاء آسمانی را تنها تا 200 یا 300 سال نوری می‌توان اندازه‌گیری كرد. برای اجرام دورتر، باید روش‌های غیر مستقیم به كار برد. میزان خطای ممكن در این روش‌ها را می‌توان با كشفی كه در دهه 1950 اتفاق افتاد، نشان داد. در آن زمان معلوم شد كه در مقیاس فاصله برون – كهكشانی خطایی با ضریب 10 وجود داشته و عالم بسیار بزرگتر از آن است كه تصور می‌رفته است.