Radioastronomi: fra amatørrødder til verdensomspændende grupper – Physics World

Jeg har tænkt meget over min identitet for nylig. Når nogen spørger mig, hvad jeg laver, beskriver jeg mig selv som en radioastronom, eller en kosmolog eller en astrofysiker – afhængigt af mit humør og hvem jeg taler med. Men jeg har aldrig rigtig følt, at jeg hørte til i nogen af ​​disse muligheder. Det forekom mig, at min jagt på de første stjerner ved hjælp af radiodata ikke helt passede med kosmologers anspændte diskussioner om inflationsparadigmer og mørke energi. På samme måde, når jeg besøgte radioteleskoper, flød jargonen med "modtagere" og "gevinster" over mit hoved.

"Radioastronom" er en besynderlig sætning, da man sjældent hører videnskabsmænd knytte sig så tæt til nogen anden bølgelængde. Jeg har f.eks. aldrig hørt udtrykket "gamma-stråleastronom". Men efter at have besøgt grupper af amatørradioastronomer i løbet af det sidste år, indså jeg, at jeg endnu ikke har evnerne til at kalde mig selv en sand "radioastronom". Mærket er et hæderstegn, man ikke kan tjene ved blot at bruge data taget af radioteleskoper.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world.jpg" data-caption="Det moderne ansigt The Karl G Jansky Very Large Array (VLA) in New Mexico, US, was built between 1973 and 1981. Its 28 radio telescopes, each with a 25 m dish, are arranged in a Y-shaped interferometer. (Courtesy: Bettymaya Foott, NRAO/AUI/NSF)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world.jpg”>

Jeg er et aktivt medlem af Square Kilometer Array Observatory (SKAO), et internationalt radioteleskop, der i øjeblikket er under konstruktion i Sydafrika og det vestlige Australien. Selvom projektets hovedkvarter er Jodrell Bank Observatory i Storbritannien, er SKAO et globalt projekt med partnerskaber, der strækker sig fra Australien, Kina, Italien og Holland til Portugal, Sydafrika, Spanien, Schweiz og Storbritannien.

Astronom kontra ingeniør

Ifølge astrofysiker Philip Diamond, generaldirektør for SKAO, projektets indkaldelser og møder strækker sig ofte over omkring 20 tidszoner. Med et så globalt og folkerigt observatorium er det ikke overraskende, at mange af de mennesker, der projektleder SKA'en, kommer fra en erhvervsmæssig baggrund. Diamond spøgte engang halvt i spøg, at nogle aldrig ville have rørt et teleskop. Men det er ikke en dårlig ting – de er der ikke for deres kærlighed til stjernerne. De er der, fordi de ved, hvordan man holder komplekse virksomheder i gang, så slutbrugeren (som jeg selv) har data af høj kvalitet, der flyder til dem til tiden.

Diamond har utvivlsomt opnået mærket "radioastronom" - ja, hans ph.d. er i emnet, og hans karriere har fundet ham til at arbejde på de fleste af de store radiofaciliteter i verden. Når man taler med ham, er det tydeligt, at han elsker instrumenternes bare knogler lige så meget som den videnskab, de muliggør. Lavere nede i hierarkiet er det ikke alle, der er lige så bredt placeret. Der er en eksplicit opdeling mellem astronomer og ingeniører, med kun få undtagelser.

De to konsortier, ingeniør og videnskab, har endda separate konferencer, selvom jeg ikke tror, ​​nogen ville teste dine loddeevner ved ingeniørmødet for at give dig adgang. Mens jeg deltog i en ingeniørkonference for mange år siden, sidder jeg fast i videnskabslejren, og jeg kan fortælle dig: nogle gange føles den splittelse mere som en afgrund. Ingeniørerne begræder de videnskabsmænd, der beder om for meget, og som ikke forstår grænserne for teknologien. I mellemtiden, på de videnskabelige konferencer, fortvivler forskerne højlydt over enhver antenneændring, der formindsker deres egne videnskabelige mål, og klager over, at ingeniørerne ikke forstår det videnskabelige potentiale, der går i vasken.

Disse samtaler er ikke unikke for SKA, men de er udtalte, fordi størrelsen af ​​samarbejdet er så stor. Langt de fleste involverede forskere er baseret på deres universiteter og virksomheder over hele kloden, ikke ét sted, hvor de måske har chancen for at mødes og mindske tribalismen.

På mange måder ser vi radioastronomi vende tilbage til sine rødder, som begyndte med et uroligt ægteskab mellem astronomi og elektroteknik. Det tog tid for forskere inden for disse to felter at lære at leve sammen og undervise deres akademiske afkom – men til sidst producerede universiteter færdigrullede radioastronomer, der skabte de store radiofaciliteter fra 1960'erne og frem.

Rekreative rødder

Radioastronomi var pioner af Bell Labs ingeniør Karl Jansky og de britiske videnskabsmænd James Stanley Hej , Bernard Lovell (se boksene nedenfor). Deres første opdagelser var kun mulige takket være elektriske ingeniører, astronomer og amatører, der arbejdede sammen. Men når radioastronomi i stor skala i stigende grad bliver et samarbejde mellem to skarpe specialer – ingeniører på den ene side og videnskabsmænd på den anden side – hvad så med de ypperlige amatører? Er der stadig plads til den gruppe, der spillede en så afgørende rolle i tilblivelsen af ​​feltet?

Ordet "amatør" har to almindelige betydninger: "en, der engagerer sig i en forfølgelse, studier, videnskab eller sport som et tidsfordriv snarere end som et erhverv" og "en, der mangler erfaring og kompetence inden for en kunst eller videnskab". Fra havearbejde til gør-det-selv, der er mange færdigheder, som jeg både er ulønnet og inkompetent til, og så det må gå dybere end det. Faktisk er den latinske rod af ordet amatør, der betyder "elsker". Bogstaveligt talt, at være amatør i en forfølgelse er at elske det, at have en passion for det.

Det viser sig, at jeg uretfærdigt havde dømt dem, der dyrker amatørhobbyer, ikke mindst inden for det felt, jeg troede, jeg kendte bedre end nogen anden: radioastronomi. Amatørastronomer bliver måske ikke betalt eller producerer højprofilerede akademiske artikler, men pingen fra en meteor og susen fra Mælkevejen i deres hovedtelefoner får dem til at stråle af glæde.

Da jeg søgte efter en moderne ækvivalent til den banebrydende amerikanske amatørradioastronom Grote Reber (se boksen ovenfor), stødte jeg på adskillige sammenslutninger af amatørradioastronomiklubber, der observerede alt fra de galaktiske spiralarme til, forbavsende nok, pulsarer. Efter at have talt med nogle få – herunder British Amateur Astronomy Radio Astronomy Group, Lincoln Amateur Astronomy Club, og Sutton og Mansfield Amateur Astronomy Club - Jeg indså, at ingen steder føler jeg mig mere som en amatør end i en amatør-astronomiklub.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-5.jpg" data-caption="Passionsprojekt Amateur radio astronomer Laurence Newell is currently building an observatory he calls “Area Fifty One and Three Quarters” in Suffolk, UK, as a retirement project. The observatory comprises several donated dishes in various states of construction. They include two fully steerable 4 m dishes (which can, with effort, be used for pulsar reception) and two 3 m dishes that act as an interferometer at 1420 MHz. Newell is also developing a receiver for the Schumann resonances. (Courtesy: Dr Laurence Newell)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-5.jpg”>

Ja, når jeg møder sådanne grupper, må jeg virke som sådan en skuffelse for medlemmerne; ikke at jeg nogensinde får det til at føle sådan af dem. De optiske astronomer, der bor i disse klubber, gør det normalt klogt i at komme sig fra deres chokerede pauser, efter jeg indrømmer, at jeg ikke ved, hvilken planet, konstellation eller stjerne de peger på, mens radioamatørerne høfligt forsøger at komme forbi min manglende erfaring med at bygge eller vedligeholdelse af radioteleskoper.

Fade pryder tage, linjer af tråd strækker sig over stolper og antenner i alle afskygninger peger mod himlen. Teknologien er så enkel og velkendt, at det er let at antage, at de i skurene bare forsøger at benytte sig af en gratis radio- eller tv-tjeneste. For mig springer jeg dog af begejstring, da jeg ser antennerne formet til at opfange Jupiters storme eller måle indkommende soludbrud.

De mennesker, der frivilligt vedligeholder disse teleskoper, er oftest pensionerede mænd, der plejede at arbejde inden for områder som elektroteknik eller radarvidenskab. De er eksperter i jordbaseret radioteknologi, som efter pensioneringen vendte deres enheder for at se op - enten for den rene udfordring eller i sandhed, fordi deres læger fortalte dem, at de ikke længere skulle bære deres store optiske rør langs mørke, iskolde marker.

Der er stadig masser af professionelle radioastronomer med kendskab til deres antenner, der grænser op til niveauet med hestehvisken – men jeg har mødt dem mest ved de ældre, mindre teleskoper og sjældnere blandt min generation af akademikere. I store samarbejder er radioastronomer som denne sjældne i disse dage på grund af en skala. Efter min mening er det et tab. Det var i amatørgruppernes kolde, nedslidte skure, at jeg genopdagede radioastronomiens ånd. Her var de sande radioastronomer, amatører eller ej.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-6.jpg" data-caption="Borgervidenskab UK Meteor Beacon is a citizen science project to build a system to study meteors and the ionosphere. It comprises a beacon near Nottingham (left) and four receivers across the UK. In a collaboration between amateur radio and radio astronomy, both the Radio Society of Great Britain and the British Astronomical Association have contributed to costs, while volunteers run the project. Nigel “Sparky” Cunnington (right) is able to look at the traces of detected meteors at the Radio Astronomy Centre at Sherwood Observatory, UK, where he is radio astronomy co-ordinator. (CC BY Phil Randall, with additional information from Brian Coleman).” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-6.jpg”>

Historien tårner sig op over SKA-hovedkvarteret ved Jodrell Bank-observatoriet, der sidder som den gør i skyggen af ​​det ikoniske Lovell-teleskop. Denne 76 m parabol var engang den største styrbare radioskål i verden, da den blev bygget i 1957, og dens fænomenale præstation betyder, at kun to teleskoper har overgået den siden (i Effelsberg, Tyskland, og Green Bank Telescope i West Virginia, USA).

Storskala radioteleskoparrays, såsom SKA, er det afgørende næste skridt til at samle lys over større områder. Faktisk er SKA et interferometer, hvoraf den ene del omfatter 130,000 antenner i den vestlige australske ørken, forbundet således, at indkommende radiobølger med lang bølgelængde "ser" et gigantisk opsamlingsområde, der omgår de mekaniske konstruktionsmæssige begrænsninger af en fysisk parabol.

En enestående ret er let at antropomorfisere og elske; Jeg formoder, at en række af 130,000 antenner er mindre tilbøjelige til at fremkalde så meget kærlighed og loyalitet. Måske vil man udvikle en forkærlighed for antenne 118,456, som altid ser ud til at gå frækt offline på en tirsdag, men det vil være dataingeniøren, der klukker. Det vil astronomen nok aldrig vide.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-7.jpg" data-caption="Fremtidens astronomi Artist’s impression of planned SKA-Low stations in Murchison, Western Australia. This array will comprise 131,072 low-frequency antennas, each 2 m high, grouped into 512 stations. The components will be built all over the world. (Copyright: DISR)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups-physics-world-7.jpg”>

Rogue radioastronom

This lack of consolidated knowledge is a cause for concern for some radio astronomers, who know how important it is to understand how data are collected. I found one such astronomer in the physics department at the University of California, Berkeley, US.  As the director of its Radio Astronomi Laboratorium, Aaron Parsons har ydet store bidrag inden for mit forskningsfelt af de første stjerner, i spidsen for et samarbejde mellem forskere i deres søgen efter radiosignaler fra det tidlige univers. For mig var det en magisk oplevelse at besøge hans laboratorium. Jeg pilede rundt, løftede metalplader og beundrede forskellige antenner, mens jeg lyttede henrykt, mens Parsons talte om hvert stykke, som om han var en passioneret kunstkurator.

Aaron Parsons er nu, hvad jeg kan lide at tænke på som en useriøs radioastronom, der vender ryggen til udviklingen af ​​feltet i retning af globalt samarbejde

Parsons udtrykker frit sin bekymring – grænsende til kynisme – angående store samarbejder, på grund af den naturlige splittelse i ekspertise, som effektivitet dikterer. Faktisk er han nu, hvad jeg kan lide at tænke på som en useriøs radioastronom, der vender ryggen til udviklingen af ​​feltet i retning af globalt samarbejde. Han tilbringer endda sin ferie på camping alene eller sammen med sin søn i isolerede dele af USA på udkig efter den perfekte kløft, hvor han kan hænge sin nyeste, håndlavede antenne.

Opfindsomheden i hans solo-samarbejde minder åbenlyst om Reber og Lovell. Parsons bygger sine egne instrumenter og holder altid for øje, hvordan han forventer, at dataene vil se ud. Han fortæller mig, at han ville kæmpe for at stole på enhver anden videnskabsmands analyse, medmindre de selv har bygget antennerne. Man skal kende instrumentet for at kende dets effekt på dataene, mere end nogensinde, når det mindste kosmologiske signal kan udvaskes ved at modellere en antenneeffekt forkert.

Radio pioneers: the enduring role of ‘amateurs’ in radio astronomy

Når vi nu går ind i en æra med enorm interferometri, risikerer vi at fjerne det tætte ægteskab mellem elektroteknik og astronomi. Faktisk er den viden, der kræves for at vise ekspertise inden for et hvilket som helst aspekt, nu for stor for én person eller endda et ph.d.-uddannelsesprogram. Lykken ved ethvert igangværende forhold afhænger af at tilbringe tid sammen og kommunikere åbent. Store observatorier som SKA vil kun trives med videnskabsmænd og ingeniører, der udveksler viden og respekterer hinandens ekspertise og kærlighed til deres håndværk. Det ene uden det andet er så godt som ingenting.

På nogle måder er sande radioastronomer en uddøende race. De findes hovedsageligt ved mindre teleskoper eller i amatørklubber; det er pottemager for fornøjelsens skyld, ikke udgive eller gå til grunde. Jeg forstår, hvorfor store samarbejder har brug for en klar opdeling mellem ingeniører og astronomer, men begge sider er nødt til at lære lidt af den andens sprog, så det essentielle ægteskab mellem sindene ikke vakler. Din lokale amatørastronomiklub kunne meget vel være det bedste sted at gøre netop det.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups/