Radioastronomija: od amaterskih korenin do svetovnih skupin – Physics World

Zadnje čase veliko razmišljam o svoji identiteti. Ko me kdo vpraša, kaj delam, se opišem kot radioastronom, ali kozmolog, ali astrofizik – odvisno od mojega razpoloženja in s kom govorim. Toda nikoli nisem zares čutil, da v celoti pripadam kateri koli od teh možnosti. Zdelo se mi je, da se moje iskanje prvih zvezd z uporabo radijskih podatkov ne ujema povsem z napetimi razpravami kozmologov o inflacijskih paradigmah in temni energiji. Podobno mi je ob obisku radijskih teleskopov po glavi tekel žargon »sprejemniki« in »dobitki«.

"Radijski astronom" je nenavaden izraz, saj le redko slišimo znanstvenike, da se tako tesno vežejo na katero koli drugo valovno dolžino. Na primer, nikoli nisem slišal izraza "astronom žarkov gama". Toda ko sem zadnje leto obiskal skupine amaterskih radioastronomov, sem ugotovil, da še nimam veščin, da bi se imenoval pravi "radioastronom". Oznaka je znak časti, ki si ga ne morete prislužiti preprosto z uporabo podatkov, pridobljenih z radijskimi teleskopi.

<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="Sodoben obraz 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”>

Sem aktivna članica Square Kilometer Array Observatory (SKAO), mednarodni radijski teleskop, ki je trenutno v izgradnji v Južni Afriki in Zahodni Avstraliji. Čeprav je sedež projekta observatorij Jodrell Bank v Združenem kraljestvu, je SKAO globalni projekt s partnerstvi, ki segajo od Avstralije, Kitajske, Italije in Nizozemske do Portugalske, Južne Afrike, Španije, Švice in Združenega kraljestva.

Astronom proti inženirju

Po mnenju astrofizika Philip Diamond, generalni direktor SKAO, projektni klici in sestanki pogosto zajemajo približno 20 časovnih pasov. S tako globalnim in naseljenim observatorijem ni presenetljivo, da je veliko ljudi, ki upravljajo projekt SKA, iz poslovnega okolja. Diamond se je nekoč napol v šali pošalil, da se nekateri ne bodo nikoli niti dotaknili teleskopa. A to ni slabo – tam niso zaradi ljubezni do zvezd. Tam so, ker vedo, kako poskrbeti, da zapletena podjetja uspevajo, tako da ima končni uporabnik (kot sem jaz) pravočasno dostavljene podatke odlične kakovosti.

Diamond si je nedvomno prislužil oznako "radio astronom" - njegov doktorat je pravzaprav na to temo in njegova kariera ga je odkrila, da dela v večini večjih radijskih objektov na svetu. V pogovoru z njim je jasno, da obožuje golo bistvo inštrumentov enako kot znanost, ki jo omogočajo. Nižje po hierarhiji niso vsi tako široko postavljeni. Obstaja izrecna delitev med astronomi in inženirji, z le nekaj izjemami.

Oba konzorcija, inženirski in znanstveni, imata celo ločene konference, čeprav mislim, da nihče ne bi preizkusil vaših sposobnosti spajkanja na inženirskem srečanju, da bi vam omogočil vstop. Čeprav sem se udeležil ene inženirske konference pred mnogimi leti, trdno sedim v znanstvenem taboru in lahko vam povem: včasih se ta razcep zdi bolj kot prepad. Inženirji objokujejo znanstvenike, ki zahtevajo preveč in ne razumejo meja tehnologije. Medtem znanstveniki na znanstvenih konferencah glasno obupajo nad kakršnimi koli spremembami anten, ki zmanjšujejo njihove lastne znanstvene cilje, in se pritožujejo, da inženirji ne razumejo znanstvenega potenciala, ki gre v vodo.

Ti pogovori niso edinstveni za SKA, vendar so izraziti, ker je obseg sodelovanja tako velik. Velika večina vključenih raziskovalcev ima sedež na svojih univerzah in v podjetjih po vsem svetu, ne pa na eni lokaciji, kjer bi se lahko srečali in zmanjšali plemenski odnos.

V mnogih pogledih smo priča vračanju radioastronomije h svojim koreninam, ki so se začele s težavno zvezo med astronomijo in elektrotehniko. Znanstveniki na teh dveh področjih so potrebovali nekaj časa, da so se naučili sobivati ​​in poučevati svoje akademske potomce – toda sčasoma so univerze proizvedle pripravljene radijske astronome, ki so ustvarili odlične radijske naprave v šestdesetih letih prejšnjega stoletja in kasneje.

Rekreativne korenine

Pionir radioastronomije je bil Inženir Bell Labs Karl Jansky in britanski znanstveniki James Stanley Hej in Bernard Lovell (glej okvirčke spodaj). Njihova prva odkritja so bila mogoča le zahvaljujoč sodelovanju elektrotehnikov, astronomov in amaterjev. Ker pa obsežna radijska astronomija vedno bolj postaja sodelovanje med dvema izrazitima specializantoma – inženirji na eni strani in znanstveniki na drugi strani – kaj pa amaterji, ki delajo na vseh področjih? Ali je še prostor za skupino, ki je imela tako ključno vlogo pri nastanku področja?

Beseda "amater" ima dva običajna pomena: "tisti, ki se ukvarja z zasledovanjem, študijem, znanostjo ali športom kot zabavo in ne kot poklic" in "tisti, ki nima izkušenj in sposobnosti v umetnosti ali znanosti". Od vrtnarjenja do DIY, obstaja veliko veščin, za katere sem neplačan in nesposoben, zato je treba iti globlje od tega. Dejansko je latinski koren besede amateur, kar pomeni "ljubimec". Dobesedno, biti amater v zasledovanju pomeni to ljubiti, imeti do tega strast.

Izkazalo se je, da sem nepravično obsojal tiste, ki se ukvarjajo z amaterskimi hobiji, ne nazadnje na področju, za katerega sem mislil, da ga poznam bolje kot kdorkoli: radioastronomijo. Astronomi amaterji morda niso plačani ali ne pišejo odmevnih akademskih prispevkov, a zvoki meteorja in sikanje Rimske ceste v njihovih slušalkah poskrbijo, da žarijo od veselja.

Pri iskanju sodobnega ekvivalenta pionirskega ameriškega amaterskega radioastronoma Grotea Reberja (glej okvir zgoraj) sem naletel na številna združenja amaterskih radioastronomskih klubov, ki opazujejo vse od galaktičnih spiralnih rokavov do, presenetljivo, pulsarjev. Po pogovoru z nekaterimi – vključno z Britanska amaterska astronomska radioastronomska skupinaje Ljubiteljski astronomski klub LincolnIn Sutton in Mansfield ljubiteljski astronomski klub – Spoznal sem, da se nikjer ne počutim bolj amatersko kot v amaterskem astronomskem krožku.

<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="Strastni projekt 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”>

Resnično, ko srečam takšne skupine, se zdim članom tako razočaran; ne da bi se zaradi njih kdaj počutil tako. Optični astronomi, ki prebivajo v teh klubih, se navadno dobro opomorejo od svojih šokiranih premorov, potem ko priznam, da ne vem, na kateri planet, ozvezdje ali zvezdo kažejo, medtem ko se radioamaterji vljudno trudijo, da bi mimo mojega pomanjkanja izkušenj pri gradnji ali vzdrževanje radijskih teleskopov.

Posode krasijo strehe, vrvice žice se raztezajo čez stebre in antene vseh oblik kažejo proti nebu. Tehnologija je tako preprosta in znana, da je enostavno domnevati, da se tisti v lopah samo poskušajo dotakniti brezplačne radijske ali televizijske storitve. Sam pa poskočim od navdušenja, ko vidim antene, oblikovane tako, da sprejemajo Jupitrove nevihte ali merijo prihajajoče sončne izbruhe.

Ljudje, ki prostovoljno vzdržujejo te teleskope, so največkrat upokojenci, ki so nekoč delali na področjih, kot sta elektrotehnika ali radarska znanost. Sta strokovnjaka za prizemno radijsko tehnologijo, ki sta po upokojitvi obrnila svoje naprave, da bi iskala navzgor – bodisi zaradi čistega izziva bodisi, v resnici, ker so jima zdravniki rekli, da ne smeta več nositi svojih gromozanskih optičnih cevi po temnih, ledenih poljih.

Še vedno je veliko profesionalnih radijskih astronomov, ki poznajo svoje antene na ravni šepetanja – vendar sem jih srečal večinoma pri starejših, manjših teleskopih in redkeje med svojo generacijo akademikov. V velikih sodelovanjih so radijski astronomi, kot je ta, dandanes redki zaradi potrebe po obsegu. Po mojem je to izguba. Duh radioastronomije sem ponovno odkril v mrzlih, zanikrnih lopah amaterskih skupin. Tu so bili pravi radioastronomi, amaterji ali ne.

<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="Državljanska znanost O Meteorski svetilnik Združenega kraljestva 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”>

Zgodovina se bohoti nad sedežem SKA v observatoriju Jodrell Bank, ki leži v senci ikoničnega teleskopa Lovell. Ta 76-metrski krožnik je bil nekoč največji vodljivi radijski krožnik na svetu, ko je bil izdelan leta 1957, in fenomenalen podvig njegove konstrukcije pomeni, da sta ga od takrat presegla le dva teleskopa (v Effelsberg, NemčijaIn Teleskop Green Bank v Zahodni Virginiji, ZDA).

Veliki nizi radijskih teleskopov, kot je SKA, so ključni naslednji korak za zbiranje svetlobe na večjih območjih. Dejansko je SKA interferometer, katerega en del obsega 130,000 anten v zahodni avstralski puščavi, povezanih tako, da vhodni radijski valovi z dolgimi valovnimi dolžinami "vidijo" velikansko zbiralno območje, ki zaobide omejitve strojnega inženiringa fizičnega krožnika.

Edinstveno jed je enostavno antropomorfizirati in vzljubiti; Sumim, da je manj verjetno, da bo niz 130,000 anten vzbudil toliko ljubezni in zvestobe. Morda bo komu vzljubila antena 118,456, za katero se zdi, da je v torek vedno predrzno brez povezave, toda podatkovni inženir se bo smejal. Astronom verjetno ne bo nikoli vedel.

<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="Astronomija prihodnosti 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”>

Prevarantski radijski astronom

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 Radioastronomski laboratorij, Aaron Parsons je veliko prispeval na mojem raziskovalnem področju prvih zvezd in vodil sodelovanje znanstvenikov pri njihovem iskanju radijskih signalov iz zgodnjega vesolja. Zame je bil ogled njegovega laboratorija čarobna izkušnja. Skočil sem naokoli, dvigoval pločevine in občudoval različne antene, medtem ko sem navdušeno poslušal, ko je Parsons govoril o vsakem delu, kot da bi bil strasten kurator umetnosti.

Aaron Parsons je zdaj tisto, o čemer rad razmišljam kot o prevarantskem radijskem astronomu, ki obrača hrbet razvoju področja v smeri globalnega sodelovanja

Parsons odkrito izraža svojo zaskrbljenost – ki meji na cinizem – glede velikih sodelovanj zaradi naravnega razkola v strokovnem znanju, ki ga narekuje učinkovitost. Dejansko je zdaj tisto, o čemer rad razmišljam kot o prevarantskem radijskem astronomu, ki obrača hrbet razvoju področja v smeri globalnega sodelovanja. Počitnice celo preživi na kampiranju sam ali s sinom v osamljenih delih ZDA in išče popoln kanjon, čez katerega bi obesil svojo najnovejšo, ročno izdelano anteno.

Iznajdljivost njegovega solo sodelovanja odkrito spominja na Reberja in Lovella. Parsons izdeluje lastne instrumente, pri čemer vedno upošteva, kako pričakuje, da bodo podatki videti. Povedal mi je, da bi težko zaupal analizi katerega koli drugega znanstvenika, razen če bi sami izdelali antene. Instrument je treba poznati, če želimo poznati njegov učinek na podatke, bolj kot kdaj koli prej, ko je mogoče najmanjši kozmološki signal izprati z nepravilnim modeliranjem učinka antene.

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

Ko zdaj vstopamo v dobo ogromne interferometrije, tvegamo, da bomo razbili tesno zvezo med elektrotehniko in astronomijo. Dejansko je znanje, potrebno za prikaz strokovnega znanja v katerem koli vidiku, zdaj preveliko za eno osebo ali celo za en doktorski program usposabljanja. Sreča katerega koli razmerja je odvisna od skupnega preživljanja časa in odprtega komuniciranja. Veliki observatoriji, kot je SKA, bodo uspevali le, če bodo znanstveniki in inženirji izmenjevali znanje ter spoštovali strokovnost in ljubezen drug drugega do svoje obrti. Eno brez drugega je tako dobro kot nič.

Na nek način so pravi radijski astronomi izumirajoča vrsta. Najdemo jih predvsem pri manjših teleskopih ali v amaterskih klubih; gre za užitek, ne za objavo ali propad. Razumem, zakaj velika sodelovanja potrebujejo jasno ločitev med inženirji in astronomi, vendar se morata obe strani malo naučiti jezika druge, da bistvena poroka umov ne zamaje. Vaš lokalni amaterski astronomski klub bi lahko bil najboljše mesto za to.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups/