เมื่อคุณมองเข้าไปในท้องฟ้ายามค่ำคืนด้วยดวงตาของคุณหรือผ่านกล้องโทรทรรศน์คุณจะเห็นเอกภพในสเปกตรัมของแสงที่มองเห็น และนั่นก็แย่เกินไปเพราะความยาวคลื่นที่แตกต่างกันนั้นดีกว่าที่อื่น ๆ เพื่อเปิดเผยความลึกลับของอวกาศ เทคโนโลยีสามารถทำให้เรา“ มองเห็น” สิ่งที่ดวงตาของเราไม่สามารถทำได้และเครื่องมือบนโลกนี้และในอวกาศสามารถตรวจจับรังสีชนิดต่าง ๆ เหล่านี้ได้ ความยาวคลื่นซับมิลมิเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นวิทยุและทำให้เรามีมุมมองที่ดีมากเกี่ยวกับวัตถุที่เย็นมากซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของจักรวาล Paul Ho อยู่กับศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนและนักดาราศาสตร์ที่ทำงานในโลกของมิเตอร์สี เขาพูดกับฉันจากเคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์
ฟังการสัมภาษณ์: เตรียมพร้อมสำหรับผลกระทบลึก (4.8 MB)
หรือสมัครสมาชิก Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: คุณให้ภูมิหลังของสเปกตรัม submillimeter กับฉันหน่อยได้ไหม? มันเหมาะสมตรงไหน?
Paul Ho: ซับมิลมิเตอร์อย่างเป็นทางการอยู่ที่ความยาวคลื่น 1 มิลลิเมตรและสั้นกว่า ดังนั้นความยาวคลื่น 1 มม. ของความถี่สอดคล้องกับประมาณ 300 กิกะเฮิร์ตซ์หรือ 3 × 10 ^ 14 เฮิร์ตซ์ มันเป็นความยาวคลื่นที่สั้นมาก จากนั้นเป็นความยาวคลื่นประมาณ 300 ไมครอนหรือหนึ่งในสามของมิลลิเมตรคือสิ่งที่เราเรียกว่าช่วงมิลลิเมตร มันเป็นสิ่งที่เราเรียกว่าจุดสิ้นสุดของหน้าต่างบรรยากาศเท่าที่วิทยุเกี่ยวข้องเพราะสั้นกว่าประมาณหนึ่งในสามของมิลลิเมตรพวกมันกลายเป็นทึบแสงเนื่องจากบรรยากาศ
เฟรเซอร์: ดังนั้นสิ่งเหล่านี้คือคลื่นวิทยุเช่นเดียวกับสิ่งที่คุณฟังทางวิทยุ แต่สั้นกว่ามาก - ไม่มีอะไรที่ฉันสามารถรับได้จากวิทยุ FM ของฉัน ทำไมพวกเขาถึงดูจักรวาลได้ดีในที่ที่อากาศเย็น?
โฮ: วัตถุใด ๆ ที่เรารู้หรือเห็นโดยทั่วไปแล้วจะแผ่พลังงานที่มีลักษณะของวัสดุที่เรากำลังพูดถึงดังนั้นเราจึงเรียกสิ่งนี้ว่าสเปกตรัม และโดยทั่วไปสเปกตรัมพลังงานนี้มีความยาวคลื่นสูงสุด - หรือความยาวคลื่นซึ่งพลังงานจำนวนมากถูกแผ่ออกมา ความยาวคลื่นลักษณะนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัตถุ ดังนั้นยิ่งวัตถุร้อนมากเท่าใดความยาวคลื่นก็จะยิ่งสั้นลงเท่านั้นและวัตถุก็จะเย็นลงและความยาวคลื่นก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้น สำหรับดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิ 7,000 องศาคุณจะมีความยาวคลื่นสูงสุดที่ออกมาในช่วงแสงซึ่งแน่นอนว่าทำไมดวงตาของเราถึงปรับแสงเนื่องจากเราอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ แต่เมื่อวัสดุเย็นตัวลงความยาวคลื่นของรังสีนั้นจะยาวขึ้นเรื่อย ๆ และเมื่อคุณลงไปที่อุณหภูมิที่มีลักษณะเฉพาะที่บอกว่า 100 องศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์สัมบูรณ์ความยาวคลื่นสูงสุดนั้นจะออกมาในช่วงที่มีแสงอินฟราเรดหรือมิลมิเตอร์ ดังนั้นความยาวคลื่นตามคำสั่งของ 100 ไมครอนหรือนานกว่านั้นเล็กน้อยซึ่งทำให้มันอยู่ในช่วงซับมิลมิเตอร์
เฟรเซอร์: และถ้าฉันสามารถเปลี่ยนดวงตาของฉันและแทนที่พวกเขาด้วยชุดดวงตาสีมิลมิเตอร์ฉันจะได้เห็นอะไรถ้าฉันมองขึ้นไปบนท้องฟ้า?
โฮ: แน่นอนท้องฟ้าจะยังคงค่อนข้างเย็น แต่คุณจะเริ่มเลือกสิ่งต่าง ๆ ที่ค่อนข้างเย็นซึ่งคุณจะไม่เห็นในโลกออพติคอล สิ่งต่าง ๆ เช่นวัสดุที่หมุนรอบดาวฤกษ์ที่มีความเย็นโดยเรียงจาก 100 เคลวิน กระเป๋าของก๊าซโมเลกุลที่ซึ่งดาวก่อตัวขึ้น - พวกมันจะเย็นกว่า 100 เคลวินหรือในเอกภพยุคแรกที่อยู่ห่างไกลมากเมื่อกาแล็กซี่ถูกประกอบขึ้นเป็นครั้งแรกวัสดุนี้ก็เย็นมากเช่นกันซึ่งคุณจะมองไม่เห็นในโลกแห่งแสง เพื่อที่คุณจะสามารถเห็นในมาตรวัดย่อย
เฟรเซอร์: คุณใช้เครื่องมืออะไรทั้งที่นี่หรือในอวกาศ?
โฮ: มีเครื่องมือภาคพื้นดินและอวกาศ 20 ปีที่แล้วผู้คนเริ่มทำงานในมิลล์มิเตอร์และมีกล้องโทรทรรศน์บางตัวที่เริ่มทำงานในช่วงความยาวคลื่นนี้ ในฮาวายบน Mauna Kea มีสองแบบคือหนึ่งเรียกว่ากล้องโทรทรรศน์ James Clerk Maxwell ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 เมตรและ Caltech Submillimeter Observatory ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 เมตร เราได้สร้าง interferometer ซึ่งเป็นชุดของกล้องโทรทรรศน์ที่มีการประสานงานเพื่อใช้เป็นเครื่องมือชิ้นเดียวบน Mauna Kea ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์ขนาด 6 เมตร 8 ตัวที่เชื่อมต่อกันและสามารถเคลื่อนย้ายออกจากกันหรือขยับเข้ามาใกล้กันเพื่อให้ได้ระดับสูงสุดหรือแยกออกจากกันได้ครึ่งไมล์ ดังนั้นเครื่องมือนี้จึงจำลองกล้องดูดาวที่มีขนาดใหญ่มากโดยมีขนาดสูงสุดครึ่งกิโลเมตรและทำให้ได้มุมที่มีความละเอียดสูงมากเมื่อเทียบกับกล้องโทรทรรศน์องค์ประกอบเดี่ยวที่มีอยู่
Fraser: การรวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุเข้าด้วยกันนั้นง่ายกว่ามากดังนั้นฉันเดาว่านั่นเป็นสาเหตุที่คุณสามารถทำได้
โฮ: ก็มีการใช้เทคนิคอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ในวิทยุมาระยะหนึ่งแล้วดังนั้นเราจึงได้พัฒนาเทคนิคนี้ให้สมบูรณ์ แน่นอนว่าในช่วงอินฟราเรดและแสงผู้คนก็เริ่มทำงานด้วยวิธีนี้เช่นกัน โดยพื้นฐานแล้วการรวมรังสีคุณจะต้องติดตามเฟสด้านหน้าของการแผ่รังสีที่เข้ามาโดยปกติฉันอธิบายเรื่องนี้ราวกับว่าคุณมีกระจกบานใหญ่มากและแตกมันดังนั้นคุณแค่จองกระจกสองสามชิ้นแล้วคุณ ต้องการสร้างข้อมูลใหม่จากกระจกสองสามชิ้นมีบางสิ่งที่คุณต้องทำ ก่อนอื่นคุณจะต้องสามารถจัดแนวของชิ้นส่วนกระจกให้สัมพันธ์กันเหมือนตอนที่มันเป็นกระจกทั้งชิ้น และประการที่สองเพื่อให้สามารถแก้ไขข้อบกพร่องได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามีข้อมูลที่ขาดหายไปจำนวนมากที่มีกระจกจำนวนมากที่ไม่มีอยู่และคุณจะสุ่มตัวอย่างเพียงไม่กี่ชิ้น แต่เทคนิคเฉพาะนี้เรียกว่าการสังเคราะห์รูรับแสงซึ่งเป็นการสร้างกล้องโทรทรรศน์รูรับแสงขนาดใหญ่มากโดยใช้ชิ้นส่วนเล็ก ๆ แน่นอนว่าเป็นผลงานของรางวัลโนเบลจาก Ryle และฮิววิชเมื่อหลายปีก่อน
Fraser: เครื่องมืออะไรที่จะถูกพัฒนาในอนาคตเพื่อใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่นนี้
โฮ: หลังจากที่กล้องโทรทรรศน์ของเราถูกสร้างขึ้นและเรากำลังทำงานจะมีเครื่องมือขนาดใหญ่กว่าที่ถูกสร้างขึ้นในชิลีที่เรียกว่า Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ซึ่งจะประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์และช่องรับสัญญาณขนาดใหญ่กว่าซึ่งจะเป็น ไวกว่าเครื่องมือบุกเบิกของเรามาก แต่เครื่องมือของเราหวังว่าจะเริ่มค้นพบสัญญาณและธรรมชาติของโลกในช่วงความยาวคลื่นมิลลิเมตรซึ่งก่อนที่เครื่องมือขนาดใหญ่จะเข้ามาติดตามและทำงานที่ละเอียดอ่อนมากขึ้น
Fraser: เครื่องมือใหม่เหล่านั้นจะสามารถดูได้ไกลแค่ไหน? พวกเขาจะเห็นอะไรได้บ้าง
โฮ: หนึ่งในเป้าหมายสำหรับวินัยทางดาราศาสตร์ของเราคือการมองย้อนกลับไปในช่วงแรกของจักรวาล ดังที่ฉันได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในระยะแรกของจักรวาลเมื่อมันก่อกาแลคซีพวกมันมีแนวโน้มที่จะเย็นมากขึ้นในช่วงแรกเมื่อกาแลคซีกำลังรวมตัวกันและมันจะเปล่งประกายเราคิดว่าโดยหลักแล้ว ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์ JCM กับ Mauna Kea ได้ คุณสามารถเห็นเอกภพยุคแรก ๆ ซึ่งเป็นกาแลคซีที่มีการเปลี่ยนแปลงสูงมาก สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถมองเห็นได้ในออพติคอล แต่สามารถมองเห็นได้ในมิลล์มิเตอร์และอาเรย์นี้จะสามารถถ่ายภาพพวกมันและค้นหามันอย่างแข็งขันว่าพวกมันอยู่ที่ไหนในท้องฟ้าเพื่อที่เราจะได้ศึกษาต่อไป กาแลคซียุคแรก ๆ เหล่านี้การก่อตัวครั้งแรกเหล่านี้เราคิดว่าอยู่ในระดับ Redshifts ที่สูงมาก - เราให้หมายเลข Z ซึ่งเป็น redshift ที่ 6, 7, 8 - เร็วมากในการก่อตัวของจักรวาลดังนั้นมองย้อนกลับไปถึง 10% ของเวลาที่จักรวาลกำลังรวมตัวกัน
Fraser: คำถามสุดท้ายของฉันสำหรับคุณ… Deep Impact กำลังจะมาถึงในอีกไม่กี่สัปดาห์ หอสังเกตการณ์ของคุณจะรับชมรายการนี้ด้วยหรือไม่
โฮ: โอ้ใช่แน่นอน ผลกระทบลึกแน่นอนเป็นสิ่งที่เราสนใจสำหรับเครื่องมือของเราเราได้ศึกษาร่างกายของระบบสุริยะซึ่งรวมถึงไม่เพียง แต่ดาวเคราะห์ แต่ยังเป็นดาวหางเมื่อพวกมันเข้ามาใกล้หรือกระทบ พ่นออกซึ่งเราควรจะสามารถติดตามใน submillimeter เพราะเราจะมองไม่เพียง แต่ที่การปล่อยฝุ่น แต่เราจะสามารถดูเส้นสเปกตรัมของก๊าซที่ออกมา ดังนั้นเราคาดหวังว่าจะสามารถหันความสนใจไปที่กิจกรรมนี้และถ่ายภาพได้
Paul Ho เป็นนักดาราศาสตร์ที่มีศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนในเคมบริดจ์แมสซาชูเซตส์
