Lovec rádiových vĺn nielen z vesmíru!
Aká je úloha rádioastronóma?
Rádioastronómia sa zaoberá štúdiom vesmíru a nebeských telies prostredníctvom rádiových vĺn. S rozdielnym prístrojovým vybavením je možne, na každej vlnovej dĺžke, pozorovať niečo iné. Od detekcie bleskov a monitorom ionosferických porúch na veľmi dlhých vlnách až po milimetrové vlny mikrovĺnneho žiarenia kozmického pozadia.
[1]
Z pohľadu súčasného rádioastronóma je tu ale jeden, dosť vážny problém. Postupom času a to od dôb vzniku rádiotechniky ako takej, neustále narastá „rádiové znečistenie“. Zdroje rádiového signálu ako sú napríklad televízne a rozhlasové vysielače, mobilný operátori, rôzne rádioreléové, radarové a komunikačné systémy spôsobili to že v celom frekvenčnom spektre nieje kúsok volného miesta na nerušené pozorovanie. Ak by som mal odpovedať na otázku, aká je úloha rádioastronóma? Tak okrem toho, že pozoruje a študuje vesmír je aj to, že musí neustále zdokonalovať pozorovaciu techniku aby v stále narastajúcom rádiovom šume našiel aspoň náznak signálu mimozemského pôvodu.
Rádioastronómia je veľmi mladý vedný odbor astronómie a z histórie hádam len toľko, že jej vznik sa datuje niekde do začiatku tridsiatych rokov minulého storočia. Bol to Karl Guthe Jansky, ktorý ako prvý zaznamenal rádiový šum neznámeho pôvodu a neskôr popísal ako rádiový šum mimozemského pôvodu. S anténou a jednoduchým prijímačom, naladeným na frekvenciu 20,5MHz lokalizoval jeho maximum a označil ho ako šum Mliečnej dráhy.
Trvalo ale ešte niekoľko rokov, pokiaľ jeho výsledky meraní uznala astronomická akademická obec a neskôr bola na jeho počesť pomenovaná jednotka na meranie hustoty rádiového toku, teda 1 Jansky.
Je na túto prácu potrebné nejaké špeciálne vybavenie?
Áno! Tu je v podstate zásadný rozdiel oproti optickej astronómii. Bežne v predaji je možné, kúpiť si ďalekohľad ľubovolnej kvality. Menšie, väčšie až po kvalitne profesionálne teleskopy. Takže, keď sa astronóm rozhodne, že chce pozorovať nejaký kozmický objekt, kúpi si ďalekohľad, postaví si ho na záhradu a môže pozorovať. V rádioastronómii je to ale úplne inak. Keď sa povie rádioastronómia, určite si každý z nás predstaví veľký rádioteleskop. Tá predstava je samozrejme správna ale tento symbol rádioastronómie je len parabolická anténa. Všetko ostatné prístrojové vybavenie je špeciálne. Pre profesionálne observatória sú prístroje, prijímače a všetky potrebné komponenty vyrábané na zákazku ale rádioastronóm amatér je odkázaný len na vlastnú tvorivosť. Antény, prijímače a ostatné súčasti pozorovacej zostavy si musí vyrobiť sam „na kolene“.
Aké sú vaše hlavné oblasti výskumu?
Tu si trošku pomôžem citátom doktora Jiřího Grygara, ktorý veľmi dobre vystihuje rádioastronómiu ako takú. „ To, co je pro jednoho badatele šum, jsou pro jiného badatele data“ Ja by som teda to, čo robím nenazýval výskumom ale skôr bádaním amatérskeho rádioastronóma. 🙂
[2]
Nešpecializujem sa len na jednu vlnovú dĺžku. V rádioastronomii je to tak, že ten istý objekt je možné sledovať na rôzných frekvenciách a tak je skôr potreba experimentovať v celom frekvenčnom spektre. Určite ale viem, že moje úplne prvé pozorovanie bolo na mikrovnách, presnejšie na satelitnom Ku pásme na 11 GHz.
Pretože to bol môj prvý RA projekt a venujem sa mu doteraz, v skratke ho popíšem. Niekedy v roku 2005 som kúpil staršiu 150 cm satelitnú stredovú parabolu. Komerčný satelitný LNB, modifikovaný Satfinder, A/D prevodník a k nemu vhodný SW Radio SkyPipe. Prvý kozmický objekt, ktorý „prešiel“ popred parabolu bolo ako ináč, Slnko. Už si to presne nepamätám ale približne po hodine pozorovania bol v zázname peak ako z učebnice. Vďaka použitému 8 bitovému A/D prevodníku bol „zubatý“ a trochu za rozsah ale už vtedy bolo jasné, že to meranie mi zmenilo život. Inými slovami, z astronóma bol za 1 hodinu rádioastronóm. 😉 To ale neznamená, že som zanevrel na astronómiu. Nieje to ani možné. Nielen preto, že tieto dva vedné odbory skúmajú to isté, aj keď každý na inej vlnovej dĺžke ale základy astronómie sú nevyhnutné pre navigáciu a orientáciu na oblohe.
[3]
Samozrejme, že to neskončilo len pri jednom meraní. Bolo ich desiatky a možno aj stovky. Povzbudený výsledkami sa mi začali v hlave rodiť nové RA projekty. Teda hlavne jeden a to H-line na vlnovej dĺžke 21cm. Už vtedy bolo jasne, že na túto frekvenciu bude 150 cm parabola malá a tak som sa rozhodol postaviť väčšiu. Niekde som sa dočítal, že 15 násobok vlnovej dĺžky by mal stačiť a tak bolo rozhodnuté. Začala stavba rádioteleskopu s priemerom paraboly 320 cm.
Stalo sa ale to, že prišla zima a rozrobená konštrukcia rádioteleskopu zapadla snehom a tak som bol donútený prácu prerušiť. O to viacej času mi ale zostalo na hľadanie možných projektov na využitie rádioteleskopu.
Už teraz viem, že to s takou malou parabolou nieje možne ale mal som v pláne, okrem H-line detegovať dosvit zábleskových zdrojov gama žiarenia na nižších frekvenciách. Bola to ale cesta k informáciám o gama zábleskoch a ich možnej detekcii amatérskymi prostriedkami. Ani vševedúci google mi neponúkol viac než pár informácii o jednom zo spôsobov ako detegovať GRB. Bolo to veľmi jednoduché zariadenie so zaujímavým názvom „SID monitor“.
Čakal som nejaké zložité zariadenie ale schémy, ktoré som našiel boli naozaj veľmi jednoduché. Pár súčiastok, slučková anténa a k tomu A/D prevodník aby to bolo možne pripojiť k PC. To je všetko!
Hneď som to musel vyskúšať, ved to bolo také jednoduché a ani vo sne by ma nenapadlo, že s toho bude naozaj veľký projekt.
Čo to SID monitor je a ako to funguje?
SID je akronym z anglického Sudden Ionosphere Disturbance, doslovný preklad, monitor náhlych ionosférických porúch. Je to monitorovanie náhlych zmien v ionosfére. SID monitor [4] meria intenzity odrazených rádiových vĺn vzdialeného vysielača veľmi dlhých vĺn. Na týchto vlnách pracuje napríklad ponorkový komunikačný systém. Po celom svete rozmiestnená sieť vysielačov s frekvenciou od 14kHz do 30kHz. Samotný monitor je veľmi jednoduchý prijímač VLF so slučkovou anténou alebo modernejší prijímač SDR. Ako odrazová plocha pre tieto rádiové vlny je D-vrstva ionosféry. Táto vrstva je tvorená priamym slnečným žiarením, teda vzniká pri východe Slnka a zaniká pri jeho západe a tak sa aj tá najmenšia zmena v jeho intenzite prejaví v jej kvalite. Je možne si predstaviť ionosféru ako obrovský senzor s rozlohou približne 300 miliónov km2, ako membránu, ktorá sa vlní v rytme slnečných a kozmických udalostí. Výsledky meraní sú prekvapivé a natoľko presné, že sú porovnateľné s dátami z profesionálnych observatórií určených na pozorovanie slnečnej aktivity a kozmického počasia.
[5]
Skoro paralelne so SID monitorom som na VLF rozbehol ďalší projekt. Detektor bleskov. Cela zostava detektora bola ešte jednoduchšia. Slučková anténa naladená na 10kHz, nízkošumový predzosilňovač a zvuková karta v PC. Cely koncept je dielom istého holanďana, má názov Lightning Radar Project a s prispením nadšencov z celého sveta ho dotiahol do funkčnej podoby. Vytvoril sieť staníc, ktoré je možné ľubovolne konfigurovať. Teda presnejšie, tu konfiguráciu si vytvorí každý užívateľ sám a výber zaleží od geografickej polohy jednotlivých staníc ale k dispozícii má každý celu sieť. Na to, že je to výlučne amatérsky projekt sú výsledky naozaj neuveriteľné. Trianguláciou je možne v reálnom čase lokalizovať búrky s presnosťou niekoľko kilometrov a na obrazovke monitora je vidieť aj jednotlivé blesky na vzdialenosť aj 10000 km.
[6]
V praxi to teda vyzerá asi tak, že keď sa stanica, napríklad v Taliansku synchronizuje so stanicou vo Fínsku, môže pozorovať búrku na Kanárskych ostrovoch alebo na Ukraine.
S kým pri výskume spolupracujete?
To je dobrá otázka! V dnešnej dobe je to tak, že veľké objavy robia veľké týmy. Lenže na spočítanie Slovenských ale aj Českých rádioastronómov dohromady by nám stačili prsty jednej ruky a tak je jasné, že priestor na spoluprácu je dosť obmedzený. Tá spolupráca spočíva skôr v takej priateľskej podobe, výmenou praktických skúseností a poznatkov. Návštevou rôznych webových portálov orientovaných na elektroniku, rádiotechniku a astronómiu. Moje dvierka do rádioastronómie mi otvoril Pavol Ďuriš. Priateľ, veľmi dobrý astronóm, zanietený bojovník proti svetelnému znečisteniu a môj rádioastronomický guru. Rádioastronóm, ktorý v roku 1999 ako prvý na slovensku pozoroval a zaznamenal zatmenie Slnka vlastným rádioteleskopom. Nemôžem nespomenúť riaditeľa mojej domovskej hvezdárne v Partizánskom, pána Meštera, ktorý mi dáva priestor aj možnosť prístupu k potrebnému technickému vybaveniu.
[7]
Výsledky pozorovaní je treba nejakým spôsobom prezentovať a tak keď som na začiatku roka 2006 detegoval SID monitorom gama záblesk, zmienil som sa o tom na astronomickom fóre a napísal krátky článok v jednom populárno-vedeckom časopise. Krátko na to sa mi ozval doktor René Hudec z astronomického ústavu akadémie vied Českej republiky. Odborník na astronómiu vysokých energií, ktorý výsledky mojich meraní ocenil a ponúkol spoluprácu. Nielenže som dostal priestor hovoriť o mojich projektoch na medzinárodnej konferencii IBWS ale spolu sme pripravili niekoľko prezentácii, ktoré o sám následne predstavil na viacerých prestížnych svetových konferenciách. Pod jeho vedením a v týme ďalších českých kolegov som ako spoluautor napísal vedecký článok pre recenzovaný vedecký časopis Hindawi, Advances in Astronomy. [8]
Čo považujete za svoj najväčší objav?
Objav to zatiaľ nebol ale skôr úspech. Nedokážem to presne popísať a dosť ťažko by som to sám vedel posúdiť, ktorý bol najväčší. Vtedy som mal rozbehnutých niekoľko projektov naraz no a každý z nich som sa snažil dotiahnuť to úspešného konca. Medzičasom som dokončil rádioteleskop a dostal aj meno. Bojnice Amateur Space Ear v skratke BASE. Cieľ projektu sa ale nezmenil. Bola to detekcia neutrálneho vodíka na frekvencii 1420 MHz. Hvezdáreň v Partizánskom mi zapožičala USRP s kartou do 2,5GHz. Je to softwarové rádio, takže nevyhnutnou súčasťou zostavy bol aj výkonný PC. Do ohniska paraboly bol upevnený 3 závitový helix, nízkošumový predzosilňovač a s USRP prepojený kvalitným, nízko útlmovým koaxiálnym káblom. Po mnoho prebdených nociach bol výsledok taký, že okrem mobilných operátorov a ďalšieho RF rušenia nebol v zázname ani náznak rádiového signálu mimozemského pôvodu. Až pripojením naladenej, pásmovej prepuste, na potlačenie nežiadúceho RF rušenia to začalo byť zaujímavé. V rádiovom kontinue sa začali objavovať peaky nielen galaktických ale aj extragalaktických rádiových objektov. Vedel som, že sa uberám správnym smerom ale ešte stále to nebolo ono. Záznam mi stále „plával“ v závislosti na okolitej teplote.
[9]
Tento teplotný drift sa podarilo odstrániť až vložením predzosilňovača, do teplotne regulovaného termo-boxu priamo v ohnisku paraboly a umiestnením USRP do chladiaceho boxu, tiež s reguláciou teploty. Po týchto vylepšeniach bol záznam dostatočne čitateľný. To už som vedel, na čo sa pozerám. Rádioteleskop už bolo možné nasmerovať nielen na Slnko a Mesiac ale aj na objekty deep sky. Ako prvá bola Cass A, čo je najsilnejší rádiový zdroj v našej galaxii. To už ale zapínam spektrálny analyzátor a parabolu smerujem na rameno galaxie Cygnus Arm. Tu sa nachádza najsilnejši extragalaktický rádiový zdroj Cygnus A. V rádiovom kontinue vidím neprehliadnuteľný peak.
[10]
Ešte zaujímavejší je ale pohľad na spektrálny analyzátor. Hlavný peak v čase tranzitu bol posunutý doprava! Softvér umožňoval navyše zmerať frekvenčný, dopplerov posuv. A tak už teraz viem, že som sa „pozeral“ na mračno neutrálneho vodíka vzdialeného 600 miliónov svetelných rokov, ktoré sa k nám približuje rýchlosťou 23,892 km/s. A to má rádioteleskop Rudy BASE len 320cm!
Aké sú vaše vízie do budúcnosti v oblasti výskumu radioastronómie?
Ako som už hovoril, spektrum frekvencií, ktoré rádioastronómia skúma je veľmi široké. Dostupnosť elektronických súčiastok a ostatných komponentov ale aj neobmedzený prístup k informáciám o nových poznatkoch vedy tak otvára aj v amatérskych podmienkach možnosť robiť veľké množstvo projektov. Niektoré dokonca presahujú rádioastronómiu a pretože je elektromagnetické spektrum spojité, je možné pozorovať javy aj na vyšších energiách. O tom sú aj moje ďalšie projekty. Od mikrovĺn až po spŕšky kozmického žiarenia. Niektoré sú úplne na začiatku a v niektoré už dávajú čiastkové výsledky. Každý z nich je pre mňa výzva a možnosť, v amatérskych podmienkach dotknúť sa vedy.
Ďakujeme za rozhovor!