Kính viễn vọng vô tuyến hoạt động như thế nào?

Kính viễn vọng vô tuyến là ăng-ten chuyên dụng được trang bị bộ thu được thiết kế để phát hiện tín hiệu từ các vật thể trong không gian không phải do con người tạo ra.

Không giống như các chảo vệ tinh và TV thông thường thu tín hiệu để giải trí, kính viễn vọng vô tuyến tập trung vào các tín hiệu từ các nguồn xa xôi ngoài vũ trụ. Những kính viễn vọng này có nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như chảo lớn hoặc khung nhỏ hơn được sắp xếp trên các khu vực rộng lớn. Bất kể kích thước hay hình dạng, kính viễn vọng vô tuyến thường bao gồm một số thành phần chính. Chảo, hay ăng-ten, rất quan trọng vì kích thước và hình dạng của nó được xác định bởi tần số mà nó được chế tạo để phát hiện và mức độ chi tiết mà các nhà thiên văn học muốn thu được.

Một chiếc chảo lớn là cần thiết để thu thập các tín hiệu yếu từ các vật thể vũ trụ xa xôi và tập trung chúng vào một tấm phản xạ phụ phía trên nó. Tấm phản xạ phụ chuyển hướng tín hiệu đến một máy dò, máy này sẽ khuếch đại tín hiệu nếu cần và dữ liệu được ghi lại để phân tích trong tương lai.

Phân tích kính thiên văn

Trong những năm gần đây, các nhà thiên văn vô tuyến đã phát triển các mảng đĩa lớn giúp tăng cường khả năng thu thập dữ liệu chi tiết về các vật thể hoặc sự kiện vũ trụ. Mảng càng lớn thì chi tiết càng tinh tế. Một số mảng này trải dài trên khoảng cách rộng lớn trên Trái Đất. Các mảng này sử dụng kỹ thuật giao thoa để đạt được các quan sát cực kỳ chi tiết về các vật thể sáng vô tuyến.

Giải thích về giao thoa

Mặc dù các kính thiên văn lớn hơn có thể chụp được hình ảnh sáng hơn với nhiều chi tiết phức tạp hơn, nhưng kích thước của chúng cuối cùng lại bị hạn chế. Mức độ chi tiết mà kính thiên văn có thể đạt được cũng phụ thuộc vào bước sóng hoạt động của nó. Để đạt được độ phân giải tương đương với Kính viễn vọng không gian Hubble, một kính thiên văn vô tuyến sẽ cần có phạm vi hoạt động vài km. Để khắc phục hạn chế này, các nhà thiên văn sử dụng một bộ ăng-ten được định vị để quan sát cùng một vật thể và kết hợp dữ liệu của chúng bằng cách sử dụng thời gian chính xác và siêu máy tính. Các tín hiệu thu thập được sẽ được xử lý và kết hợp để tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao, mô phỏng sức mạnh của một kính thiên văn lớn hơn nhiều so với các ăng-ten riêng lẻ.

Tránh nhiễu từ xã hội hiện đại

Thiên văn vô tuyến đòi hỏi một môi trường "yên tĩnh" cao, nghĩa là cần một khu vực không bị nhiễu từ các bức xạ vô tuyến do con người tạo ra. Mặc dù mọi người không nhất thiết phải im lặng gần kính thiên văn, nhưng việc không có tín hiệu vô tuyến nhân tạo là rất quan trọng để có thể quan sát rõ ràng. Việc tìm một vị trí thực sự yên tĩnh về vô tuyến là rất khó, nhưng có một số địa điểm trên Trái Đất mà sóng vô tuyến từ không gian có thể được phát hiện mà không bị công nghệ hiện đại làm ô nhiễm. Các khu vực này được các nhà thiên văn học đánh giá cao vì chúng cung cấp góc nhìn nguyên sơ về sóng vô tuyến vũ trụ.

Điện thoại di động có gây nhiễu cho kính thiên văn vô tuyến không?

Các thiết bị như điện thoại di động, đài phát thanh và các vật dụng hàng ngày như chuông cửa, hệ thống giải trí và máy tính gia đình phát ra tần số vô tuyến có thể làm nhiễu các tín hiệu tự nhiên từ không gian. Bầu khí quyển của Trái Đất cũng đóng vai trò hấp thụ các tín hiệu này trước khi chúng đến kính thiên văn. Để tránh nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và sự hấp thụ của khí quyển, kính thiên văn vô tuyến thường được đặt xa các thành phố và trung tâm công nghệ. Những địa điểm xa xôi này cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các bức xạ vô tuyến vũ trụ vốn bị che khuất bởi sự can thiệp của con người.

Kính viễn vọng vô tuyến và mảng của NRAO

Một số cơ sở kính viễn vọng vô tuyến nổi tiếng nhất là một phần của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia (NRAO). Mảng rất lớn Karl G. Jansky (VLA), nằm ở đồng bằng San Agustin, New Mexico, bao gồm 27 ăng-ten được liên kết để quan sát vũ trụ.

Xa về phía nam, Mảng milimet/dưới milimét lớn Atacama (ALMA) nằm ở dãy núi Andes cao. Mảng này nghiên cứu sóng vô tuyến ở bước sóng milimét và dưới milimét, cho phép các nhà thiên văn học phát hiện ra các bức xạ mà nếu không sẽ bị hơi nước trong khí quyển hấp thụ. ALMA cung cấp các quan sát có độ phân giải cao về mọi thứ, từ quá trình hình thành các hệ hành tinh đến một số thiên hà đầu tiên trong vũ trụ.

Một mảng quan trọng khác là Mảng đường cơ sở rất dài (VLBA), một mạng lưới ăng-ten vô tuyến trải dài trên toàn cầu. Trải rộng khắp Mỹ, cũng như Hawaii và quần đảo Virgin thuộc Mỹ, VLBA hoạt động giống như một kính viễn vọng có kích thước gần bằng Trái Đất, có khả năng quan sát cực kỳ chi tiết các vật thể ở xa.

Khám phá ra vũ trụ sơ khai

Một trong những khám phá khoa học quan trọng nhất được thực hiện bằng kính viễn vọng vô tuyến là phát hiện ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ, cung cấp chế độ xem vô tuyến về vũ trụ sơ khai. Năm 1964, các nhà khoa học Arno Penzias và Robert Wilson đã phát hiện ra tiếng "rít" đều đặn của tiếng ồn vô tuyến ở một tần số cụ thể, bất kể họ hướng ăng-ten của mình đến đâu. Bức xạ này được truy ngược lại bên ngoài thiên hà.

Khám phá này đã xác nhận một lý thuyết được đề xuất trước đó rằng ánh sáng còn sót lại của Vụ nổ lớn sẽ để lại dấu ấn trên vũ trụ. Bức xạ xuất hiện dưới dạng năng lượng vi sóng do sự giãn nở của vũ trụ kéo dài tín hiệu. Với công trình mang tính đột phá của mình, Penzias và Wilson đã giành được Giải Nobel.