När du tittar in på natthimlen med ögonen eller genom ett teleskop ser du universum i spektrumet av synligt ljus. Och det är synd eftersom olika våglängder är bättre än andra för att avslöja rymdets mysterier. Teknik kan låta oss "se" vad våra ögon inte kan, och instrument här på jorden och i rymden kan upptäcka dessa olika typer av strålning. Submillimetervåglängden är en del av radiospektrumet och ger oss en mycket god bild av föremål som är väldigt kalla - det är det mesta av universum. Paul Ho är med Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och en astronom som arbetar i submillimeterns värld. Han pratar med mig från Cambridge, Massachusetts.
Lyssna på intervjun: Gör dig redo för Deep Impact (4,8 MB)
Eller prenumerera på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kan du ge mig lite bakgrund på submillimeterspektrumet? Var passar det?
Paul Ho: Submillimeteren är formellt på en våglängd av 1 millimeter och kortare. Så 1 millimeter våglängd i frekvens motsvarar cirka 300 gigahertz eller 3 × 10 ^ 14 hertz. Så det är en mycket kort våglängd. Från den ner till en våglängd på cirka 300 mikron, eller en tredjedel av en millimeter, är det vi kallar submillimeterintervallet. Det är liksom vad vi kallar slutet på det atmosfäriska fönstret när det gäller radion, eftersom kortare, ungefär en tredjedel av en millimeter, de himlen blir väsentligen ogenomskinlig på grund av atmosfären.
Fraser: Så det här är radiovågor, som det du skulle lyssna på på radion, men mycket kortare - ingenting jag någonsin kunde hämta på min FM-radio. Varför är de bra för att visa universum där det är kallt?
Ho: Alla objekt som vi känner till, eller ser, utstrålar vanligtvis en spridning av energi som karaktäriserar de material som vi pratar om, så vi kallar detta ett spektrum. Och detta energispektrum har vanligtvis en toppvåglängd - eller våglängden vid vilken huvuddelen av energin strålas ut. Den karakteristiska våglängden beror på objektets temperatur. Så ju varmare objektet är, desto kortare kommer våglängden ut och ju kallare objektet, desto längre kommer våglängden ut vid. För solen, som har en temperatur på 7000 grader, skulle du ha en toppvåglängd som kommer ut i det optiska, vilket naturligtvis är anledningen till att våra ögon är inställda på det optiska, eftersom vi bor nära solen. Men när materialet svalnar, blir våglängden för den strålningen längre och längre, och när du kommer ner till en karakteristisk temperatur på säga 100 grader över Absolute Zero, kommer den maximala våglängden ut någon del i den långa infraröda eller submillimetern. Så en våglängd i storleksordningen 100 mikron, eller lite längre än den, vilket sätter den i submillimeterområdet.
Fraser: Och om jag kunde byta ut mina ögon och ersätta dem med en uppsättning submillimeterögon, vad skulle jag kunna se om jag tittade upp mot himlen?
Ho: Naturligtvis skulle himlen fortsätta att vara ganska sval, men du skulle börja plocka upp en hel del saker som är ganska kalla som du inte skulle se i den optiska världen. Saker som material som virvlar runt en sval stjärna i storleksordningen 100 Kelvin; fickor av molekylgas där stjärnor bildas - de skulle vara kallare än 100 K. Eller i det mycket avlägsna, tidiga universum när galaxer först monteras är detta material också mycket kallt, vilket du inte skulle kunna se i den optiska världen , som du kanske kan se i submillimetern.
Fraser: Vilka instrument använder du, antingen här eller i rymden?
Ho: Det finns mark- och rymdinstrument. För 20 år sedan började människor arbeta i submillimetern, och det fanns några teleskop som började arbeta i denna våglängd. På Hawaii, på Mauna Kea, finns det två: en kallas James Clerk Maxwell Telescope, som har en diameter på cirka 15 meter, och även Caltech Submillimeter Observatory, som har en diameter på cirka 10 meter. Vi har byggt en interferometer, som är en serie teleskoper som är samordnade för att fungera som ett enda instrument ovanpå Mauna Kea. Så 8 6-meters teleskop i klass som är länkade samman och kan flyttas isär eller flyttas närmare varandra till en maximal baslinje eller separering på en halv kilometer. Så detta instrument simulerar ett mycket stort teleskop, med en storlek på en halv kilometer, och uppnår därför en mycket hög upplösningsvinkel jämfört med befintliga enelementsteleskop.
Fraser: Det är mycket lättare att kombinera ljuset från radioteleskop, så jag antar att det är därför du kan göra det?
Ho: Tja, interferometertekniken har använts i radio under ganska länge nu, så vi har perfektionerat den här tekniken ganska bra. Naturligtvis börjar människor på det här infraröda och optiska arbetet på det här sättet och arbetar med interferometrar. I grund och botten, genom att kombinera strålningen, måste du hålla reda på fasfronten för strålningen som kommer in. Normalt förklarar jag detta som om du hade en väldigt stor spegel och bröt den så att du bara reserverar ett par speglar, och sedan vill rekonstruera informationen från de få speglarna, det finns några saker du behöver göra. Först måste du kunna hålla spegelstyckena i linje relativt varandra, precis som det var när det var en hel spegel. Och för det andra, för att kunna korrigera för felet, från det faktum att det finns mycket saknad information med så många speglar som inte finns där, och du tar bara prov på några få stycken. Men denna speciella teknik som kallas bländarsyntes, som är att göra ett mycket stort bländarsteleskop genom att använda små bitar, naturligtvis, är produkterna av Nobelprisvinnande verk av Ryle och Hewish för några år sedan.
Fraser: Vilka instrument kommer att utvecklas i framtiden för att dra nytta av denna våglängd?
Ho: Efter att våra teleskop har byggts och vi arbetar kommer det att finnas ett ännu större instrument som konstrueras nu i Chile som kallas Atacama Large Millimeter Array (ALMA), som kommer att bestå av många fler teleskop och större öppningar, som kommer att vara mycket känsligare än vårt banbrytande instrument. Men vårt instrument kommer förhoppningsvis att börja upptäcka tecknen och naturen i världen i submillimeterens våglängd innan de större instrumenten kommer för att kunna följa med och göra ett mer känsligt arbete.
Fraser: Hur långt kommer de nya instrumenten att kunna se ut? Vad skulle de kunna se?
Ho: Ett av målen för vår disciplin av submillimeter astronomi är att titta tillbaka i tiden på den tidigaste delen av universum. Som jag nämnde tidigare, i det tidiga stadiet av universum, när det bildade galaxer, tenderar de att vara mycket kallare i de tidiga faserna när galaxer samlades, och det kommer att stråla, tror vi, främst i submillimetern. Och du kan se dem, till exempel med hjälp av JCM-teleskopet på Mauna Kea. Du kan se några av det tidiga universum, som är mycket starkt rödförskjutna galaxer; dessa är inte synliga i det optiska, men de är synliga i submillimeteren, och denna grupp kommer att kunna avbilda dem och lokalisera dem mycket aktivt till var de befinner sig på himlen så att vi kan studera dem vidare. Dessa mycket tidiga galaxer, dessa tidiga formationer, tror vi är på mycket höga rödförskjutningar - vi ger detta nummer Z, som är en rödförskjutning av 6, 7, 8 - mycket tidigt i bildandet av universum, så vi ser tillbaka till kanske 10% av tiden då universum samlades.
Fraser: Min sista fråga till dig ... Deep Impact kommer upp om några veckor. Kommer dina observatorier att titta på detta också?
Ho: Åh ja, naturligtvis. Deep Impact är verkligen något vi är intresserade av. För vårt instrument har vi studerat kroppssystem av solsystemet, och detta inkluderar inte bara planeterna, utan också kometerna när de kommer nära eller påverkar, vi förväntar oss att se material för att spew off, som vi borde kunna spåra i submillimetern eftersom vi inte bara tittar på dammutsläppen, men vi kommer att kunna titta på de spektrala linjerna i gaserna som kommer ut. Så vi förväntar oss att kunna rikta vår uppmärksamhet på denna händelse och att också avbilda den.
Paul Ho är en astronom med Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts.
