Når du ser på nattehimmelen med dine øjne eller gennem et teleskop, ser du universet i spektret af synligt lys. Og det er for dårligt, fordi forskellige bølgelængder er bedre end andre til at afsløre verdens mysterier. Teknologi kan lade os "se", hvad vores øjne ikke kan, og instrumenter her på Jorden og i rummet kan registrere disse forskellige slags stråling. Submillimeterbølgelængden er en del af radiospektret og giver os et meget godt overblik over objekter, der er meget kolde - det er det meste af universet. Paul Ho er hos Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og en astronom, der arbejder i submillimeterens verden. Han taler til mig fra Cambridge, Massachusetts.
Lyt til interviewet: Bliv klar til Deep Impact (4,8 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Kain: Kan du give mig noget baggrund om submillimeter-spektret? Hvor passer det?
Paul Ho: Submillimeteret er formelt med en bølgelængde på 1 millimeter og kortere. Så 1 millimeter bølgelængde i frekvens svarer til ca. 300 gigahertz eller 3 × 10 ^ 14 hertz. Så det er en meget kort bølgelængde. Fra det ned til en bølgelængde på ca. 300 mikron, eller en tredjedel af en millimeter, er det, vi kalder submillimeterområdet. Det er slags, hvad vi kalder slutningen af det atmosfæriske vindue med hensyn til radioen, fordi kortere, omkring en tredjedel af en millimeter, de himmel bliver i det væsentlige uigennemsigtige på grund af atmosfæren.
Fraser: Så dette er radiobølger, som det, du ville lytte til på radioen, men meget kortere - intet jeg nogensinde kunne hente på min FM-radio. Hvorfor er de gode til at se universet, hvor det er koldt?
Ho: Ethvert objekt, som vi kender eller ser, udstråler typisk en spredning af energi, der karakteriserer de materialer, vi taler om, så vi kalder dette et spektrum. Og dette energispektrum har typisk en top bølgelængde - eller bølgelængden, hvorved hovedparten af energien udstråles. Den karakteristiske bølgelængde afhænger af objektets temperatur. Så jo varmere objektet er, jo kortere er bølgelængden ved, og jo køligere objektet, jo længere kommer bølgelængden ud ved. For Solen, der har en temperatur på 7.000 grader, ville du have en topbølgelængde, der kommer ud i det optiske, hvilket naturligvis er grunden til, at vores øjne er afstemt på det optiske, fordi vi bor i nærheden af Solen. Men når materialet afkøles, bliver bølgelængden for denne stråling længere og længere, og når du kommer ned til en karakteristisk temperatur på f.eks. 100 grader over Absolute Zero, kommer den maksimale bølgelængde en eller anden måde ud i det langt infrarøde eller submillimeter. Så en bølgelængde i størrelsesordenen 100 mikron, eller lidt længere end den, der sætter den i submillimeterområdet.
Fraser: Og hvis jeg var i stand til at skifte mine øjne ud og erstatte dem med et sæt submillimeter-øjne, hvad ville jeg være i stand til at se, hvis jeg kiggede op i himlen?
Ho: Selvfølgelig ville himlen fortsat være ret cool, men du ville begynde at samle en masse ting, der er temmelig koldt, som du ikke ville se i den optiske verden. Ting som materialer, der hvirvler rundt om en stjerne, der er seje, i størrelsesordenen 100 Kelvin; lommer af molekylær gas, hvor stjerner dannes - de ville være koldere end 100 K. Eller i det meget fjerne, tidlige univers, når galakser først samles, er dette materiale også meget koldt, som du ikke ville være i stand til at se i den optiske verden , som du muligvis kan se i submillimeteret.
Fraser: Hvilke instrumenter bruger du, enten her eller i rummet?
Ho: Der er jord- og ruminstrumenter. For 20 år siden begyndte folk at arbejde i submillimeteret, og der var et par teleskoper, der begyndte at arbejde i denne bølgelængde. På Hawaii, på Mauna Kea, er der to: en kaldet James Clerk Maxwell-teleskopet, der har en diameter på cirka 15 meter, og også Caltech Submillimeter-observatoriet, som har en diameter på ca. 10 meter. Vi har bygget et interferometer, som er en række teleskoper, der er koordineret til at fungere som et enkelt instrument oven på Mauna Kea. Så 8 teleskoper i 6 meter klasse, der er forbundet sammen og kan flyttes fra hinanden eller flyttes tættere sammen til en maksimal basislinje eller adskillelse på en halv kilometer. Så dette instrument simulerer et meget stort teleskop på størrelsen af en halv kilometer maksimalt, og opnår derfor en meget høj opløsningsvinkel i forhold til eksisterende enkeltelementsteleskoper.
Fraser: Det er meget lettere at kombinere lyset fra radioteleskoper, så jeg gætte på, at det er grunden til, at du er i stand til det?
Ho: Nå, interferometerteknikken er blevet brugt i radio i ganske lang tid nu, så vi har perfektioneret denne teknik ret godt. I det infrarøde og det optiske er folk selvfølgelig også begyndt at arbejde på denne måde og arbejder på interferometre. Grundlæggende, når du kombinerer strålingen, er du nødt til at holde styr på fase-fronten af strålingen, der kommer ind. Normalt forklarer jeg dette, som om du havde et meget stort spejl og brækkede det, så du bare reserverer et par stykker af spejlet, og så ønsker at rekonstruere oplysningerne fra disse få spejlstykker, der er et par ting, du skal gøre. Først skal du være i stand til at holde spejlstykkene på linje i forhold til hinanden, ligesom det var, da det var et helt spejl. Og for det andet at være i stand til at korrigere for manglen, fra det faktum, at der er en masse manglende information med så mange spejder, der ikke er der, og du prøver kun på et par stykker. Men denne særlige teknik kaldet blænde-syntese, som er at fremstille et meget stort blænde-teleskop ved hjælp af små stykker, er naturligvis produceret af Nobelprisvindende arbejde af Ryle og Hewish for nogle år siden.
Fraser: Hvilke instrumenter vil blive udviklet i fremtiden for at drage fordel af denne bølgelængde?
Ho: Når vores teleskoper er bygget og vi arbejder, vil der være et endnu større instrument, der konstrueres nu i Chile kaldet Atacama Large Millimeter Array (ALMA), som vil bestå af mange flere teleskoper og større åbninger, som vil være meget mere følsom end vores banebrydende instrument. Men vores instrument vil forhåbentlig begynde at opdage tegn og arten af verden i submillimeterbølgelængden, før de større instrumenter kommer med for at kunne følge med og udføre mere følsomt arbejde.
Fraser: Hvor langt kan de nye instrumenter se ud? Hvad kunne de være i stand til at se?
Ho: Et af målene for vores disciplin med submillimeter-astronomi er at se tilbage i tiden på den tidligste del af universet. Som jeg nævnte tidligere, i universets tidlige fase, da det dannede galakser, har de en tendens til at være meget koldere i de tidlige faser, når galakser blev samlet, og det vil udstråle, synes vi, primært i submillimeteret. Og du kan se dem, f.eks. Ved hjælp af JCM-teleskopet på Mauna Kea. Du kan se nogle af det tidlige univers, som er meget stærkt rødskiftede galakser; disse er ikke synlige i det optiske, men de er synlige i submillimeteret, og denne matrix vil være i stand til at afbilde dem og lokalisere dem meget aktivt med hensyn til hvor de befinder sig på himlen, så vi kan studere dem nærmere. Disse meget tidlige galakser, disse tidlige formationer, tror vi, er ved meget høje rødskift - vi giver dette nummer Z, som er en rødskift på 6, 7, 8 - meget tidligt i dannelsen af universet, så vi ser tilbage til måske 10% af det tidspunkt, hvor universet blev samlet.
Fraser: Mit sidste spørgsmål til dig ... Deep Impact kommer op om et par uger. Vil dine observatorier også se dette?
Ho: Åh ja, selvfølgelig. Den dybe påvirkning er faktisk noget, vi er interesseret i. For vores instrument har vi undersøgt organer i solsystemet, og dette inkluderer ikke kun planeterne, men også kometerne, når de kommer tæt på eller påvirker, vi forventer at se materiale til sluk, som vi burde være i stand til at spore i submillimeteret, fordi vi ikke kun ser på støvemissionerne, men vi vil være i stand til at se de spektrale linier i de gasser, der kommer ud. Så vi forventer at være i stand til at henlede opmærksomheden på denne begivenhed og også at afbilde den.
Paul Ho er astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts.
