Historia radioastronomii Najważniejsze wydarzenia, nazwiska i wynalazki Bartłomiej Dębski Obserwatorium Astronomiczne UJ 07.12.2009 r.

Sięgnąć tam, gdzie wzrok nie sięga (dosłownie) Radioastronomia Sięgnąć tam, gdzie wzrok nie sięga (dosłownie)

Początki 1900 1850 ? 1950 Kiedy to wszystko się zaczęło? 2009

Prehistoria * James Clerk Maxwell Wyprowadzał najważniejsze równania; 1860 – 1870 r. Światło widzialne falą EM Ale fala EM to nie tylko światło widzialne! Fale mogą przybierać dowolną długość Jak można je odebrać...?

Prehistoria * Heinrich Hertz Popatrzył na Równania Maxwella i zobaczył fale Zaczął eksperymentować z wysyłaniem i odbieraniem fal EM 1886 – konstruuje odbiornik radiowy 1887 – eksperymentuje z radioodbiornikami i nadajnikami 1988 – pierwsza oficjalna transmisja fali EM na odległość Eksperymenty z natężeniem fali i polaryzacją

Prehistoria * Thomas Alva Edison Jako pierwszy (wg korespondencji) zaproponował obserwacje radiowe Słońca Plany (!) konstrukcji odbiornika fal radiowych pochodzenia słonecznego w 1890 roku Odbiornik zaprojektowany na fale długie Nie wiadomo, czy eksperyment się odbył... Ale wiadomo, że nie ma żadnych rezultatów

Prehistoria * Sir Oliver Lodge Znaczący wkład do radioastronomii Jako pierwszy zastosował głośniki Ulepszył radioodbiorniki Po 1897 roku spróbował zarejestrować fale radiowe Słońca na długości 1 cm Zaniechał eksperymentów w 1900 roku; Brak efektów; Mała moc odbiornika; Pracował w Liverpool, gdzie panował duży szum w paśmie radiowym

Prehistoria * Julius Scheiner * Johannes Wilsing Jako pierwsi spróbowali zaobserwować Słońce radiowo i udokumentowali swój eksperyment (1986 r.) Nie udało im się Próbowali wyciągać wnioski ze swojej porażki dot. absorpcji światła, czy jego rozpraszania... Ale były one błędne. Jednak ważne, że próbowali, bo wieść o ich pracy zainspirowała innych!

Prehistoria * Charles Nordman Francuski student; dowiedział się o pracy Wilsinga i Sheinera, wyciągnął te same błędne wnioski, ale dobrze je wykorzystał (1900 r.) Powędrował wysoko w góry, by na lodowcu badać fale długie przychodzące ze Słońca Obserwował Słońce w trakcie jego minimum aktywności, więc nic nie zobaczył

Prehistoria * Max Planck Światło jako pojedyncze cząstki Zależność pomiędzy natężeniem światła i jego częstotliwością; promieniowanie ciała doskonale czarnego Nauczyciele mówili mu, by nie zajmował sie fizyką... ... On zajął się fizyką. Mówiono mu, że juz wszystko zostało odkryte... ... On odkrył, że ma własny rozkład. (1900) Policzył, jaka energia niesiona jest przez falę radiową na długości 10 – 100 cm. I zniechęcił tym samym eksperymentatorów

Prehistoria * Oliver Heaviside Wysnuł wniosek, że skoro obiekty spoza Ziemi wysyłają promieniowanie, to w atmosferze ziemskiej powinna istnieć zjonizowana warstwa, która by blokowała promieniowanie od m.in. Słońca Eksperymentatorzy zostali jeszcze bardziej zdemotywowani

Prehistoria * Gulielmo Marconi Ulepszył radiowe techniki przesyłania informacji W 1901 roku dokonał pierwszej transmisji radiowej przez Atlantyk (wg dokumentacji) Położył kamień węgielny pod usługi radiokomunikacji na skalę światową

Prehistoria * Nicola Tesla Chyba pierwszy dokonał transmisji fali EM na odległość, Chyba pierwszy wynalazł radio, Chyba odbierał sygnały z przestrzeni kosmicznej, Chyba, chyba, chyba...

Pierwsze udane obserwacje Karl Guthe Jansky

Karla Jansky’ego początki Ojciec: technik radiowy Brat: inżynier radiowy Karl Guthe: przyjaciel rodziny Jansky uzyskał tytuł licencjata w 1927 roku. Hokeista Mistrz ping-ponga Książki były na drugim miejscu

Dlaczego Bell Labs? Ludzie z Bell Labs chcieli rozpocząć usługi telekomunikacyjne przez Atlantyk

Poniesiono znaczne koszta Postawienie samej infrastruktury było bardzo kosztowne Trzy minuty rozmowy kosztowały 75$!

Zakłócenia – ale skąd? W trakcie prac okazało się, że rozmowy interkontynentalne są niskiej jakości, ponieważ coś wprowadzało zakłócenia do odbieranego sygnału. Pracownicy Bell Labs pracowali w pocie czoła, ale nie mogli do niczego dojść.

Karl Jansky w Bell Labs Najmłodszy z rodziny Janskych został zatrudniony w Bell Labs (częściowo za wstawiennictwem swego starszego brata). Nakazano mu zbadać źródło zakłóceń. 1930 r. – Jansky konstruuje antenę dla częstotliwości 20,5 MHz, tj. około 14,6 metra. Klasyfikuje trzy źródła sumów: Bliskie wyładowania atmosferyczne Dalekie wyładowania atmosferyczne Dziwny szum, który dochodził najwyraźniej spoza ziemskiej atmosfery

„Młynek Janskiego”

Współczesna rekonstrukcja anteny Jansky’ego

Wyniki i interpretacja Wyniki pracy Jansky’ego z roku 1932

Jedne z pierwszych pomiarów Co 360 stopni widać powtarzający się przyrost sygnału Sygnał pojawia się na niebie co ~24h Pomiar wykonywany w zimie. Położenie źródła sygnału = położenie Słońca na niebie ... Słońce?

... Nie! Pomiar wskazywał na płaszczyznę Galaktyki Źródło szumu przesuwało się po niebie z okresem doby gwiazdowej (23h 56m), a nie doby słonecznej (24h) Po jakimś czasie Słońce odsunęło się, podczas gdy źródło szumu było w stałym miejscu na sferze niebieskiej

Rekonkstukcja skanów Jansky’ego z 1935 r Rekonkstukcja skanów Jansky’ego z 1935 r. w formie mapki wykonanej przez Sullivana w 1978 roku

Jansky – ojciec radioastronomii? Mógł zaobserwować Słońce, ale mu się to nie udało. Dlaczego? Dlatego, że prowadził obserwacje w czasie minimum aktywności słonecznej! Opublikował swoje wyniki, ale nikt się tym bardziej nie zainteresował. Powód prosty: do zaobserwowanego szumu Jansky zastosował prawo Plancka i otrzymał kuriozalną wartość rzędu milionów kelwinów. Naukowy półświatek owych czasów nie mógł się pogodzić z takimi wartościami.

Grote Reber, Radioamator założycielem radioastronomii Zajmował się krótkofalarstwem [W9GFZ] Zainteresował się pracami Jansky’ego Zbudował pierwszą antenę paraboliczną w 1937 roku Zbudował ją z blachy i krokiew Pracował za dnia w fabryce, w nocy prowadził obserwacje

Jak to Reber obserwował

Talerz Rebera Grote Reber poprosił o pomoc American Bridge Company Ze względu na koszta... Zbudował antenę sam z pomocą dwóch kolegów Koszt budowy anteny: 1’300 $ Antena zbudowana z ocynkowanej blachy i drewnianych podpór

Trzy podejścia – trzy odbiorniki Reber pomyślał, że skoro Jansky na częstotliwości 20.5 MHz odebrał tak mocne promieniowanie, to, stosując prawo Plancka, na wyższych częstotliwościach odbierany sygnał będzie jeszcze silniejszy. Zaczął badania na częstotliwości 3,3 GHz (9 cm), ale nie znalazł żadnego powtarzalnego sygnału. Po roku począł badać częstotliwość 900 MHz (33 cm), ale i tu nic nie znalazł. Po kolejnym roku rozpoczął badanie nieba na częstotliwości 160 MHz (187 cm) i wreszcie coś znalazł!

Odbiornik Rebera na częstotliwość 160 MHz

Kalibrator

Rezultaty Rebera Wykonał pierwsze na świecie mapy radiowe nieba Opracował modele anten parabolicznych Dowiódł, że ze Słońca dochodzą do nas fale radiowe!

Słońce vs płaszczyzna Galaktyki

Słońce vs płaszczyzna Galaktyki

Radioastronomia z rozmachem - rozwój radarów podczas II wojny światowej Tak naprawdę pierwszą osobą, która z premedytacją podglądała Słońce radiowo, był Brytyjczyk – George Hey. Takie radary rozstawiono po całej Wielkiej Brytanii oraz na Okrętach Jego Królewskiej Mości

Radioastronomia po II wojnie światowej - Złote Czasy radioastronomii australijskiej Oddział australijskiego ośrodka rozwoju nauk radiowych, CSIR, otwiera w 1939 roku departament rozwoju technik radarowych. Główny ośrodek: Dover Heights Grupa badawcza: Joe Pawsey Ruby Payne-Scott Lindsay McCready

Luty 1945 rok: pierwszy interferometr Zwykłe anteny YAGI! Ocean jako zwierciadło Lloyda Interferometr z jednej anteny

Antena zbudowana w 1951 roku

Następca baterii Yagi-8 w Dover Heights Następca baterii Yagi-8 w Dover Heights. Z rozebranej anteny Yagi-8 zbudowano stojącą do dziś baterię Yagi-12

Cygnus A zaobserwowany przez grupę Pawseya

Antena wbudowana w ziemię – Australia, Dover Heights, 1953 rok Następca anteny bedącej... Dziurą w piasku (1951 r.) Antena na zdjęciu jest betonowa. Poprzedniczka była wyłożona popiołem i opiłkami metalu

Odkrycie Promieniowania Reliktowego Krótka historia teorii dotyczących kosmicznego promieniowania tła: Kanadyjski astronom, Andrew McKellar, specjalizujący się w spektroskopii molekularnej ogłasza, że temperatura materii międzygwiezdnej wynosi 2,4 K (1941 r.) Robert Dicke, amerykański fizyk wyznacza górną granicę temperatury promieniowania kosmicznego: 50 K (1946 r.) George Gamow, kosmolog rosyjski, zakłada, że Wszechświat ma 3 miliardy lat i wyznacza temperaturę promieniowania reliktowego na 50 K w roku 1948, a w pięć lat później poprawia się i szacuje 7 K. 1964 rok - Arno Penzias i Robert Wilson przypadkiem odkrywają promieniowanie reliktowe

Arno Penzias & Robert Wilson Pracownicy Bell Labs (oczywiście) Mieli zbadać źródło zakłóceń powodujące szumy w kablach telekomunikacyjnych Posługiwali sie radioteleskopem w kształcie rogu (horn) O wadze swojego odkrycia dowiedzieli się dopiero, gdy naukowcy stacjonujący 40 km od nich próbowali... Odkryć mikrofalowe promieniowanie tła.

Penzias, Wilson i horn; 1964 rok

Odkryli „coś” Ale szum wciąż był! Eliminowali kolejne hipotetyczne źródła szumu o temperaturze ~3 K: Antena była miedziana, więc codziennie ją pucowali ze śniedzi Sprawdzali mapy radiowe, czy na coś nie „najechali” Skrobali z anteny ptasie guano, które mogło oddawać temperaturę antenie Zanurzyli odbiornik w ciekłym helu (4 K), by wyeliminować szum aparatury. Ale szum wciąż był!

Nobel w 1978 roku ... Za tę kartkę papieru. Jest to replika zapisków odczytów z 1964 i 1965 roku

Odkrycie pulsara - nieszczęście w szczęściu Pierwsza gwiazda neutronowa została odkryta niejako przez przypadek (jakże by inaczej) przez panią Jocelyn Bell. Nobla dostał jej promotor. Ona nie.

Sygnał zebrany podczas obserwacji pierwszego pulsara

Radioastronomia w Polsce Początki w Krakowie Prof. Banachiewicz zleca prof. Strzałkowskiemu zreferować prace Rebera (1952 r.) Banachiewicz zakłada Obserwatorium Astronomiczne UJ na Skale – przenosiny z Ogrodu Botanicznego przy ul. Kopernika 27. Wielkie przygotowania do radiowej obserwacji zaćmienia Słońca 30 czerwca 1954 roku

Radioastronomia w Polsce Prace nad aparaturą wykonują Czyżewski, Strzałkowski i de Mezer Pomiary średniej jakości... Ale nasze!

Czyżewski Strzałkowski de Mezer

Po przebudowie z 1995 roku

Radioteleskop o czaszy 32 metry Toruń - Piwnice Radioteleskop o czaszy 32 metry

VLBA + Satelity ?

Bibliografia Wayne Orchiston; “Radio astronomy at the short-lived Georges Heights field-station”; http://www.atnf.csiro.au Wayne Orchiston; “Focus on the history of Australian radio astronomy”; http://www.atnf.csiro.au W.T.Sullivan; “The Early Years of Radio Astronomy: Reflections Fifty Years After Jansky's discovery”; Cambridge University Press W.T.Sullivan; “Some highlights of interferometry in early radio astronomy”; Radio Interferometry: Theory, techniques and applications, vol. 19; 1991 Robyn Williams; “Ruby Payne-Scott – Radio Astronomer”; Radio National, 14.02.2004 “Radio Astronomy at Dover Hieghts”; CSIRO Australia 2004 http://outreach.atnf.csiro.au En.wikipedia.org; vlba.nrao.edu; N1MAA Ham Radio Group, http://www.n1maa.com; Images of Grote Reber’s receivers: Ed Thellen property, Adam Strzałkowski, „Jak rodziła się radioastronomia w Krakowie”, FOTON Zima 2007, N.K. GLEDENNING, „NEUTRON STARS AND PULSARS”, University of California Frank D. Ghigo, „Historical Introduction to Radio Astronomy”; Green Bank Single Dish Summer School, August 10, 2003 HEINZ ANDERNACH, „Internet Resources for Radio Astronomy”; Astrophysics with Large Databases in the Internet Age Antony Hewish; „JAMES STANLEY HEY, M.B.E.”, , 167-178 48 2002 Biogr. Mems Fell. R. Soc.; Grote Reber’s Notes; 1940 Grote Reber; „Cosmic Static”, May 8, 1944 Grote Reber; „Galactic radio waves”, National Bureau of Standards, Leaflet No. 259 – November, 1950 John Krauss; „Grote Reber, Founder of Radio Astronomy”; Ohio State University Radio Observatory, March 8, 1988

Bibliografia Adam Strzałkowski; „Tadeusz Banachiewicz – Mistrz i Nauczyciel”, Zwoje, 2004 Hendrik C. van de Hulst, „A Course in Radio Astronomy”, NATIONAL RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY ARCHIVES, 1951 Kevin C. Westfold, „Radio Astronomy” NATIONAL RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY ARCHIVES, 1958 „History of Radio Astronomy”, NATIONAL RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY , http://www.nrao.edu/ Karl Jansky, "Radio waves from outside the solar system„; Nature v.132; 1933 Karl Jansky "Electrical disturbances apparently of extraterrestrial origin", Proc.IRE; 1933 "Short-Wave Transatlantic Radio-Telephony"-Bell Labs Record, 1929 John D. Kraus „Radio Astronomy”; 1986 Dave Finley, „ Grote Reber, ex-W9GFZ”, SOCORRO, NM, Dec 23, 2002 Barry Kawa , „'Big Ear' designer a pioneer in field” C. M. Jansky, Jr., „ My Brother Karl Jansky and His Discovery of Radio Waves from Beyond the Earth”; Cosmic Search Vol. 1 No. 4 HOLMDEL, N.J. , „ Detective Work Leads to Monument Honoring the Father of Radio Astronomy”, 1998 http://www.bell-labs.com „ Grote Reber”; Encyclopedia of World Biography , 2004 „Scientist: Grote Reber”, answers.com; 2009 John D. Kraus; „ Grote Reber - Founder of Radio Astronomy”, R.A.S. Canada. Journal; 1988 Grote Reber, “Galactic Radio Waves" Sky and Telescope; 1949