Radioastronomia

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Introduzione

Radioastronomia Branca dell’astronomia che studia i corpi celesti e i fenomeni astrofisici in base all’esame della loro emissione di radiazione elettromagnetica nella banda radio dello spettro.

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Cenni storici

Il primo tentativo coronato dal successo di rivelare emissioni radio provenienti dal cielo risale al 1932, quando, nel corso di un esperimento volto a localizzare sorgenti terrestri che potevano provocare interferenze radio, l’ingegnere statunitense Karl G. Jansky dei Bell Telephone Laboratories riuscì a rivelare per la prima volta un rumore radio di fondo proveniente da una regione vicina al centro della Via Lattea. Jansky si servì di un’antenna passata alla storia con il nome di “giostra di Jansky”, funzionante alla frequenza di 20,5 MHz.

La distribuzione spaziale di questa radioemissione galattica fu determinata dall’ingegnere statunitense Grote Reber, che nel 1944 utilizzò un paraboloide di 9,5 m costruito nel giardino della sua abitazione di Wheaton, in Illinois, ritenuto la prima antenna costruita per osservazioni specifiche di radioastronomia. Dopo lunghe ricerche, Reber scoprì anche le radioemissioni del Sole.

La radioastronomia fece passi da gigante negli anni Cinquanta, grazie alle tecnologie sviluppate durante la seconda guerra mondiale nel campo delle antenne e dei ricevitori radio. Gli scienziati adattarono le tecniche alla realizzazione di diversi radiotelescopi in Australia, Gran Bretagna, Paesi Bassi, Stati Uniti e Unione Sovietica. Fu catalogato un numero sempre maggiore di radiosorgenti, molte delle quali furono poi identificate come galassie lontane.

Nel 1963 furono scoperte le sorgenti radio quasi-stellari, i quasar, che, manifestando degli spostamenti verso il rosso di ampiezza mai osservata prima, sembravano trovarsi a enormi distanze dalla Terra. Poco tempo dopo, nel 1965, i radioastronomi statunitensi Arno Penzias e Robert W. Wilson annunciarono la scoperta della radiazione cosmica di fondo a 3 K, molto importante per le teorie sull’origine e sull’evoluzione dell’universo (vedi Origine dell’universo; Cosmologia). Le pulsar, sorgenti radio caratterizzate da emissioni periodiche estremamente regolari, furono scoperte nel 1968.

Per molti anni i radioastronomi concentrarono gli studi sulle onde radio di lunghezza d’onda relativamente lunga (prossima a 1 m), per la rivelazione delle quali era facile costruire antenne e ricevitori sensibili. Quando furono sviluppate le tecnologie per costruire strumenti più grandi e precisi e ricevitori sensibili alle lunghezze d’onda più corte, furono prese in esame anche le bande inferiori al metro.

Contemporaneamente, lo sviluppo della tecnologia spaziale (vedi Esplorazione dello spazio) permise di effettuare osservazioni a grandissime lunghezze d’onda nello spazio al di sopra della ionosfera, lo strato dell’atmosfera ionizzato, che risulta quasi del tutto opaco alla radiazione di lunghezza d’onda superiore ai 20 m.

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I principi della radioastronomia

Le emissioni radio provenienti dallo spazio sono tutte di origine naturale. Fino a oggi, i tentativi di rivelare segnali prodotti da intelligenze artificiali si sono rivelati vani (vedi Esobiologia). Diversi sono i meccanismi fisici noti che producono emissioni radio.

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Tipi di emissione

Tutti i corpi emettono radiazione elettromagnetica termica, il cui spettro dipende dalla temperatura. Misurando l’emissione nella banda radio e in tutto il resto dello spettro elettromagnetico, è possibile determinare la temperatura di corpi celesti quali i pianeti del sistema solare o le nubi calde di gas ionizzato presenti nella Via Lattea. Le emissioni radio celesti, tuttavia, vengono prodotte generalmente in presenza di energie molto più intense di quelle termiche, da sistemi contenenti particelle cariche (ad esempio, elettroni) che si muovono attraverso campi magnetici (vedi anche Magnetismo).

Quando l’energia delle particelle è talmente alta che la loro velocità si avvicina a quella della luce (circa 300.000 km/s), l’emissione radio emessa da queste particelle “ultra-relativistiche” viene detta radiazione di sincrotrone, dal nome del tipo di acceleratore in cui si genera una radiazione analoga, ma di lunghezza d’onda inferiore.

La radiazione di sincrotrone e quella termica sono esempi di radiazione continua: coprono un’ampia gamma di lunghezze d’onda, che varia secondo l’intensità del campo magnetico (per la radiazione di sincrotrone) o la temperatura (per la radiazione termica). Al contrario, atomi, ioni e molecole emettono radiazione a lunghezze d’onda ben precise (emissione discreta, o a righe), caratteristiche della sostanza emettitrice e del suo stato di eccitazione.