Annonceinfo

Store opdagelser: Radiobølger fra rummet

ForskerZonenAstronomerne får deres viden om universet fra signaler, der i næsten alle tilfælde er elektromagnetisk stråling udsendt fra himmellegemerne og rummet mellem dem. Kun i få tilfælde er signalerne af materiel art, for eksempel i form af meteoritter

Grote Reber i 1960, foran en kopi af det radioteleskop han konstruerede 23 år tidligere. (Foto: Reber foran radioteleskop, 1960. NRAO/AUI.)

Indtil det 20. århundrede var denne stråling begrænset til det synlige lys og bølger i det infrarøde og ultraviolette område, der kunne registreres på fotografiske plader.

Man taler om det 'optiske vindue' med bølgelængder mellem cirka 300 nanometer og 1000 nanometer. Der er imidlertid andre vinduer i form af usynlige bølger, der kan gennemtrænge atmosfæren og nå astronomernes instrumenter.

Radioastronomien revolutionerede den astronomiske videnskab

Disse andre bølger strækker sig fra yderst kortbølget stråling til meget lange bølger, og de medbringer information om himlen, der ikke er indeholdt i det optiske vindue. Det første af de nye vinduer, der blev åbnet for astronomerne, var radiobølger i området fra cirka 1 centimeter til 15 meter.

De blev grundlaget for den radioastronomi, der stammer fra 1930'erne men først for alvor udviklede sig i 1950'erne. Radioastronomien revolutionerede den astronomiske videnskab i en sådan grad, at astronomer i dag knap nok kan forestille sig en astronomi uden radiobølger.

Radioastronomien blev så at sige født i dølgsmål, uden at astronomerne rigtig lagde mærke til det nye barn. Allerede få år efter at Heinrich Hertz (1857-1894) i 1888 havde påvist radiobølger, undersøgte enkelte fysikere og ingeniører, om Solen skulle udsende de nye bølger.

Den engelske fysiker Oliver Lodge (1851-1940) arbejdede i flere år på at finde radiosignaler fra Solen, men uden held. Først i starten af 1930'erne skete der noget, og da ved et tilfælde.

Jansky undersøgte 'støjproblemet'

Den amerikanske radioingeniør Karl Guthe Jansky (1905-1950) var ansat ved det store Bell Telephone Company, der i 1927 havde etableret kommerciel transatlantisk radiotelefoni med kortbølger.

Langdistancesamtalerne blev forstyrret af 'støj', og Jansky blev sat til at undersøge problemet, hvad han gjorde med et stort antennesystem. I 1931 bemærkede han en ganske svag hvislen, hvis oprindelse undrede ham, og som han besluttede sig for at undersøge nærmere.

På det tidspunkt vidste han intet om astronomi. Med sin antenne rettet mod himlen fandt han, at den svage hvislen var en baggrund af radiostråling, der kom fra Mælkevejen og var stærkest i retning af dens centrum.

Derimod kunne han ikke spore radiobølger fra Solen eller fra enkelte stjerner.

Den videnskabelige interesse var begrænset

Janskys opdagelse tiltrak sig betydelig offentlig opmærksomhed i pressen, og på forsiden af New York Times den 5. maj 1933 kunne man læse, at »nye radiobølger er blevet sporet til Mælkevejens centrum«. Med den videnskabelige interesse gik det dårligere.

Jansky publicerede sine resultater om den galaktiske radiostråling i en række artikler, men hovedsageligt i tidsskrifter for radioingeniører, hvorfor de ikke vakte interesse blandt astronomerne.

De havde svært ved at forestille sig, at radiobølger kunne være relevante for den astronomiske videnskab. Da Jansky præsenterede frugterne af sin forskning i 1935, skete det i overværelse af 20 tilhørere. Ingen af dem var astronomer.

Radioastronomiens grundlægger døde som 44-årig

Fakta

Denne artikel stammer fra bogen '50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben'.

Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her

Jansky var radioastronomiens grundlægger, men han nåede knap nok at se det nye forskningsområde udfolde sig eller at blive anerkendt for sin indsats. Han døde af en nyresygdom i 1950, blot 44 år gammel.

Hans pionerindsats nyder i dag almindelig anerkendelse, og den er blevet påskønnet ved at opkalde en elektromagnetisk enhed (jansky, Jy) efter ham.

En af de få, der allerede i 1930'erne var interesseret i Janskys resultater, var den ligeledes amerikanske elektroingeniør og radioentusiast Grote Reber (1911-2002).

Hjemmelavet teleskop i mors baghave

I ægte pionerånd byggede han verdens første radioteleskop, en stor stålkonstruktion, hvor radiobølgerne blev opfanget af en drejelig parabolantenne. Da han ikke havde tilknytning til et universitet eller anden forskningsinstitution, lavede og bekostede han selv teleskopet.

I september 1937 havde den dengang 26-årige ingeniør sit monster af en konstruktion færdig, installeret i sin mors baghave i en forstad til Chicago. Naboerne undrede sig.

Reber brugte i første omgang sit apparat til at bekræfte og udbygge Janskys konklusion om radiobølger fra Mælkevejens centrum. 

Modsat Jansky søgte han aktivt at gøre astronomerne interesseret i sit arbejde, blandt andet gennem en artikel i Astrophysical Journal, det ledende videnskabelige tidsskrift inden for astrofysik.

Han påviste at Solen udsender radiobølger

Med denne artikel fra 1940 blev radioastronomien endelig accepteret som en del af den astronomiske videnskab, og astronomer og astrofysikere fik for alvor øjnene op for mulighederne i det nye forskningsfelt.

I artikler fra 1943 og 1944 påviste Reber, at Solen faktisk udsender radiobølger, om end svagere end Mælkevejen gør det, og han påviste de første lokaliserede radiokilder i stjernebillederne Cassiopeia, Skytten og Svanen.

I 1944 kunne han i Astrophysical Journal præsentere den første og meget foreløbige radioastronomiske kortlægning af den nordlige himmelkugle.

Flere resultater blev fundet uafhængigt under 2. verdenskrig

Flere af de resultater, Reber nåede frem til, var under krigen uafhængigt blevet fundet af den engelske fysiker Stanley Hey (1909-2000), der som mange andre fysikere arbejdede med udviklingen af radar.

Efter krigens slutning var der en stor mængde radarudstyr til rådighed for astronomer og fysikere, og dette udstyr blev grundlaget for en ny fase i radioastronomien, der omkring 1950 var etableret som et blomstrende forskningsområde i især England og Australien.

Hey påviste blandt andet radiobølger fra Solen i forbindelse med solpletaktivitet og opdagede flere såkaldte 'radiostjerner', det vil sige lokaliserede kilder for radiobølger. Den første af disse kilder, påvist i 1948, lå i retning af Cygnus (Svanen) og blev derfor kaldt Cygnus A.

Radioastronomien kunne spille en kosmologisk rolle
På jagt efter signaler fra universets barndom. Radioteleskoperne i den chilenske Atacama ørken er en del af et stort system oprettet af ESO, European Southern Observatory. (Foto: Radioteleskoper i Atacama. ESO/C. Malin)

Året efter opdagede man yderligere tre radiostjerner, der til forskel fra Cygnus A kunne identificeres med optisk kendte himmellegemer, nemlig Taurus A (Krabbetågen), Centaurus A og Virgo A.

Krabbetågen i stjernebilledet Tyren, 6.300 lysår fra Jorden, stammer fra en supernova, der er nævnt i kinesiske og arabiske kilder så tidligt som 1054.

Et andet vigtigt resultat fra radioastronomiens tidlige fase var, at radiokilder også findes uden for Mælkevejen. Indtil 1950 mente man, at udsendelse af radiobølger var begrænset til Mælkevejen, men dette år fandt man bølger, der stammede fra Andromedagalaksen.

Opdagelsen antydede, at radioastronomien måske kunne spille en kosmologisk rolle, hvilket snart viste sig at være tilfældet.

Et ekspanderende univers af uendelig alder

Den førende radioastronom i 1950'erne var Martin Ryle (1918-1984) fra Cambridge University, som i 1974 blev tildelt Nobelprisen for sine grundlæggende bidrag til påvisning af radiobølger fra rummet.

Sammen med kolleger havde han tilbage i 1950'erne samlet et omfattende katalog over knap 2.000 radiokilders position og intensitet.

Netop på den tid var kosmologien præget af en kontrovers mellem modeller af big bang-typen og den rivaliserende steady state-model, der hævdede et ekspanderende univers af uendelig alder.

Steady state-teorien blev forladt

Ryle indså, at hans data kunne bruges til at teste modellerne. Han selv var overbevist om, at steady state-teorien var forkert, hvilket i nogen grad farvede hans fortolkning af de indhentede data.

Selv om kataloget fra 1955 viste sig utilstrækkeligt som en kosmologisk test, fik han ret i, at radioastronomien kunne afgøre striden mellem de to verdensbilleder. 

Forbedrede data fra starten af 1960'erne viste sig nemlig i tydelig modstrid med steady state-teoriens forudsigelser og medvirkede til, at denne teori snart blev forladt af næsten alle astronomer og fysikere.

Ekstreme energiudviklinger stammer fra 'sort hul'

Radioastronomien viste ikke blot sin styrke på en kosmologisk målestok, den førte i 1960'erne også til påvisning af nye og mærkværdige dyr i den himmelske zoologiske have.

Det første af de mærkværdige dyr var en særlig slags radiostjerne, der i 1963 blev opdaget af den hollandsk-amerikanske astronom Maarten Schmidt (f. 1929) og som viste sig at høre til i udkanten af det synlige univers.

Disse objekter, der først blev kaldt kvasistellare radiokilder og fra 1964 blev omdøbt til kvasarer, afgav en kolossal mængde strålingsenergi, op til 1000 gange så meget som hele den energi, Mælkevejen udvikler.

SMT-teleskopet ved Arizona Radio Observatory måler bølger fra himlen med en bølgelængde lidt mindre end 1 mm, på grænsen til det infrarøde lys. (Teleskop på Arizona Radio Observatory, University of Arizona. ESO. Foto: David Harvey)

Opdagelsen af kvasarer var et problem for fysikerne, indtil det blev foreslået, at den ekstreme energiudvikling stammer fra et stort 'sort hul' i midten af en galakse.

Ideen om sorte huller kom fra Einsteins relativitetsteori

Ideen om sorte huller – usynlige objekter, der kan opstå, når en tung stjerne kollapser til et punkt under indflydelse af sin egen tyngde – er baseret på Einsteins generelle relativitetsteori, og netop i 1960'erne tiltrak den sig forøget interesse.

Navnet skyldes den amerikanske fysiker John Wheeler (1911-2008), der i 1967 forklarede:

»Lige så lidt som lyset kan partikler udsendes. Udefra kommende lys og partikler … som går ind i det sorte hul, vil kun bidrage til dets masse og forøge dets gravitationelle tiltrækning.«

Det storte hul støvsuger sine omgivelser

I dag er astronomer overbeviste om, at de faktisk eksisterer, og at der midt i vores Mælkevej findes et gigantisk sort hul med en masse på omkring fire millioner gange Solens masse.

Det sorte hul støvsuger sine omgivelser for stjerner og gasskyer under udsendelse af en enorm mængde elektromagnetisk stråling.

Fire år efter kvasarernes opdagelse fandt den 24-årige Jocelyn Bell, ph.d.-studerende i Cambridge, endnu en ny type radiokilde, hvis radiosignaler varierede med ekstrem hast og præcision. Disse pulsarer, som de kaldes, blev senere forklaret som hurtigt roterende neutronstjerner.

Opdagelsen blev i 1974 belønnet med en Nobelpris. Noget unfair, men måske ganske typisk, gik prisen ikke til Bell, men til hendes professor Antony Hewish (f. 1924).

Der forskes stadig efter liv i rummet

Allerede før 2. Verdenskrig spekulerede videnskabsmænd (og science fiction-forfattere) på muligheden for at bruge radiosignaler til at komme i kontakt med civilisationer uden for solsystemet.

Med radioastronomiens fremskridt efter krigen og etableringen af store radioteleskoper blev den slags spekulationer almindelige, om end de sjældent nød videnskabelig respekt.

I 1960'erne blev radioastronomien den vigtigste del af, hvad der kendes som SETI, et akronym for 'Search for Extra Terrestrial Intelligence', altså eftersøgning af intelligent liv uden for Jorden. Det forskes der stadig i, men uden held.

Selv om radioastronomien ikke har afsløret fremmede væsner, der vil i kontakt med os, så har den afsløret en rigdom af fremmede objekter og fænomener i universet.

Partnerartikel

Artiklen bringes i samarbejde med: 50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben

50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben

af: Helge Kragh, Morten A. Skydsgaard og Tobias Wang

© Forfatterne og Aarhus Universitetsforlag 2013

Bogen er udgivet med støtte fra Aarhus Universitets Forskningsfond

Bogen 50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben, bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag.

I denne bog gives der en fremstilling af 50 markante gennembrud i naturvidenskaberne, der alle har været med til at skabe det moderne verdensbillede og vores nutidige forståelse af naturen. 

Naturvidenskabens største erkendelser og opdagelser har været med til at skabe vores moderne verdensbillede og forståelse af naturen. Men hvilken betydning har fx Einsteins relativitetsteori, Daltons teori om atomet, den kopernikanske revolution og opdagelsen af radioaktiviteten fået? 

De 50 fortællinger dykker ned i de små detaljer, men bibeholder det store perspektiv. Tilsammen giver de læseren et enestående indblik i videnskabens forunderlige verden.

Seneste fra Miljø & Naturvidenskab

Grønlandske stemmer

Aviaja

»Det er vigtigt, at lokalbefolkningen uddanner sig, for bedre at være en del af udviklingen og bedre kunne tjene penge på viden i stedet for at tjene penge på tønder af olie«

Aviaja Lyberth Hauptmann, ph.d.-studerende på DTU.

Tema om fremtiden for grønlandsk forskning

Det læser andre lige nu

Spørg Videnskaben

Abonner på vores nyhedsbrev

Når du tilmelder dig, deltager du i konkurrencen om lækre præmier.

Seneste blogindlæg