ดาราศาสตร์วิทยุ: ฟังเสียงของเอกภพ

ในปี ค.ศ. 1932 คาร์ล แจนสกี วิศวกรของบริษัทเบลล์ ได้รับมอบหมายให้หาต้นเหตุของเสียงรบกวนในการสื่อสารทางวิทยุข้ามมหาสมุทร เขาพบเสียงฟู่จาง ๆ ที่มาจากทิศหนึ่งบนท้องฟ้า และทิศนั้นเลื่อนไปวันละราวสี่นาที ตามเวลาดาราคติ ไม่ใช่ตามดวงอาทิตย์ แปลว่ามันมาจากนอกระบบสุริยะ ต่อมาพบว่ามาจากใจกลางทางช้างเผือก นี่คือจุดกำเนิดของดาราศาสตร์วิทยุ หน่วยวัดความเข้มของคลื่นวิทยุจากอวกาศ แจนสกี (Jy) ก็ตั้งตามชื่อเขา

กล้องวิทยุทำงานอย่างไร

กล้องวิทยุส่วนใหญ่เป็นจานโลหะรูปพาราโบลาที่สะท้อนคลื่นวิทยุไปรวมที่เครื่องรับ ผิวจานไม่ต้องเรียบเท่ากระจก ขอแค่เรียบกว่าความยาวคลื่นมาก ๆ จึงทำจากตาข่ายโลหะได้ แต่เพราะคลื่นวิทยุยาวกว่าแสงหลายแสนถึงหลายล้านเท่า กล้องวิทยุตัวเดียวจึงแยกรายละเอียดได้ไม่ดีนัก จานขนาด 100 เมตรที่ความยาวคลื่น 21 เซนติเมตรแยกรายละเอียดได้ราว 1.22\times 0.21/100\approx 2.6\times 10^{-3} เรเดียน หรือราว 9 ลิปดา หยาบกว่าตามนุษย์ ปัญหานี้แก้ได้ด้วยการต่อกล้องหลายตัวเข้าด้วยกันเป็นอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ กล้องวิทยุจานเดียวที่ใหญ่ที่สุดคือกล้อง FAST ในประเทศจีน ขนาด 500 เมตร

สิ่งที่คลื่นวิทยุเผยให้เห็น

• เส้น 21 เซนติเมตรของไฮโดรเจน อะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลางปล่อยคลื่นวิทยุความยาวคลื่น 21 เซนติเมตรเมื่อสปินของอิเล็กตรอนพลิกกลับ เกิดน้อยมากสำหรับแต่ละอะตอม (ราวครั้งเดียวในสิบล้านปี) แต่ไฮโดรเจนในอวกาศมีมหาศาล ใช้ทำแผนที่แขนกังหันของทางช้างเผือก และวัดเส้นโค้งการหมุนของดาราจักรซึ่งเป็นหลักฐานของสสารมืด
• พัลซาร์ ค้นพบในปี ค.ศ. 1967 โดย โจเซลิน เบลล์ เบอร์เนลล์ นักศึกษาปริญญาเอก จากสัญญาณที่กะพริบทุก 1.337 วินาทีอย่างสม่ำเสมอ
• รังสีไมโครเวฟพื้นหลังจักรวาล ค้นพบโดยบังเอิญในปี ค.ศ. 1965 ด้วยสายอากาศวิทยุ
• ควอซาร์และดาราจักรวิทยุ เจ็ตขนาดมหึมาที่พุ่งออกจากหลุมดำมวลยวดยิ่ง ปล่อยคลื่นวิทยุจากอิเล็กตรอนที่วิ่งวนในสนามแม่เหล็ก
• โมเลกุลในอวกาศ นักดาราศาสตร์พบโมเลกุลกว่า 300 ชนิดในเมฆระหว่างดาว รวมทั้งโมเลกุลอินทรีย์ จากเส้นสเปกตรัมในย่านวิทยุและมิลลิเมตร
• การระเบิดคลื่นวิทยุฉับพลัน สัญญาณสั้นเพียงมิลลิวินาทีจากดาราจักรอื่น ค้นพบในปี ค.ศ. 2007

ข้อดีของคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุผ่านบรรยากาศโลกและเมฆฝุ่นในอวกาศได้ดี จึงสังเกตได้ทั้งกลางวันและกลางคืน แม้มีเมฆก็ได้ในหลายความถี่ และมองทะลุฝุ่นเข้าไปถึงใจกลางดาราจักรได้ ปัญหาใหญ่ในปัจจุบันคือคลื่นรบกวนจากโทรศัพท์มือถือ ดาวเทียม และอุปกรณ์ไร้สาย กล้องวิทยุจึงมักตั้งในหุบเขาห่างไกลที่มีกฎหมายจำกัดการปล่อยคลื่น