Kilencven éve egy krumpliföldön…

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Az emberek évezredeken át saját szemükkel – majd a 17. század elejétől kezdve már távcsövekkel is – csak a látható fény tartományában figyelhették meg az égbolt csodáit. A földi légkör azonban a rádióhullámok széles tartományában is átlátszó az Univerzumból érkező elektromágneses sugárzás számára. Egy véletlen felfedezés nyomán nyílt meg – történelmi időskálán nem is olyan rég, majdnem kilenc évtizeddel ezelőtt – a rádiócsillagászat korszaka.

Telefon az óceánon túlra
Manapság, a műholdas távközlés és az egész Földet átszövő szélessávú optikai kábel-hálózatok korában nehéz elképzelni, hogy csupán egy évszázaddal ezelőtt az azonnali, valós idejű kapcsolatok a kontinensek között még legfeljebb csak néhány ember merész álmaiban léteztek. Az első hivatalos transzatlanti telefonhívást 1927-ben végezték. Abban az évben január 7-én az American Telephone & Telegraph Company elnöke hívta fel a Brit Posta egyik vezetőjét, hogy feltegye neki a banális kérdést: Milyen most az idő Londonban?

Az American Telephone & Telegraph Company (AT&T) korabeli címere és a cég elnöke, W. S. Gifford, az első kereskedelmi telefonhívás kezdeményezője. (Kép: U.S. Library of Congress)

A történeti hűség kedvéért érdemes megemlíteni, hogy az azt megelőző napon volt már egy próbabeszélgetés, amelyet szintén rögzítettek. Hogyan másképp is kezdődhetett volna az egész, mint egy napjainkban is szokványos kérdéssel, amelyet a New York-i oldalon beszélő amerikai férfihang tolmácsolt a vonal londoni végén levő partnerének: Hall engem? Utána több mint két évtizedet kellett várni arra, hogy az Atlanti-óceán fenekére lefektessék az első távközlési kábeleket Észak-Amerikától Európáig. A két földrész között tehát elsőként nem a rövidebb távolságokon akkor már megszokott módon, vagyis telefonvezetékek segítségével teremtettek kapcsolatot, hanem rádióhullámok útján. Ezek az alacsony frekvenciájú (nagy hullámhosszú) rádióhullámok visszaverődnek a Föld légkörének felső, elektromosan töltött részecskékből álló rétegéről, az ionoszféráról. Így aztán a Föld görbülete és emiatt a közvetlen összelátás hiánya nem akadályozza a rádiókapcsolatot kontinensnyi távolságokon sem.

De mi köze van mindennek egy csillagászati témájú blogbejegyzéshez?

Jansky színre lép
A nagy távolságra végzett telefonhívásoknál gyakran léptek fel légköri zavaró hatások. Ezek eredetének kiderítésére a New Jersey-i székhelyű Bell Telephone Laboratories egy fiatal mérnökét bízta meg. Az apai ágon cseh felmenőkkel rendelkező Karl G. Jansky (1905–1950) fizikát tanult a Wisconsini Egyetemen, és ugyanabban az évben szerezte diplomáját, amikor az első telefonhívást lebonyolították az Egyesült Államok és Nagy-Britannia között. Miután 1928-ban belépett a Bell céghez, egy korábban krumplitermesztésre használt farm területén kezdett el egy rádiós kísérleti állomást kialakítani. A rádiófrekvenciás zavarok utáni nyomozás érdekében Jansky épített egy antennát, amellyel 20,5 MHz frekvencián (14,6 m-es hullámhosszon) tudott méréseket végezni. Az antenna bő kétszer olyan nagy volt, mint egy busz. Az összehasonlítás azért is adja magát, mert a berendezésnek kerekei is voltak. Az akkoriban „kifutó modellnek” számító legelső népautó, a Ford T-modell abroncsai szolgáltak az antenna körbeforgatására. Az elfordítható antennának azért volt nagy jelentősége, mert lehetővé tette a vett rádiójelek irányának meghatározását.

Jansky antennája nem véletlenül kapta a körhinta becenevet. (Kép: NRAO/AUI/NSF)

Karl Jansky épp 90 évvel ezelőtt, 1931 augusztusában kezdte meg több hónapon át tartó méréseinek sorozatát. Ezek elemzése alapján a zavarások három fő forrását sikerült azonosítania. Az egyik a közeli zivatarzónákból, a légköri elektromos kisülésekből (villámokból) származott. A másik zavarforrást a sokkal távolabbi zivatarok hatása jelentette. Volt azonban egy harmadik, rejtélyesebbnek tűnő jelenség is. Okkal gondolhatta, hogy az is földi eredetű lehet, csak ki kell nyomozni, honnan érkezik. Talán a légkörből, esetleg az elektromos távvezetékekből? Ennek a részletes vizsgálatára további több mint egy évet szánt. A furcsa „sistergés” néha eltűnt, néha felerősödött, attól függően, hogy merre fordították az antennát.

Karl Jansky. (Kép: NRAO/AUI/NSF)

Miután kizárta a földi zajforrásokat, más megoldás után kellett néznie. Egy ideig úgy tűnt, hogy a rejtélyes rádiójel forrása követi a Nap égi útját: reggelente keletről, déltájban déli irányból, este pedig nyugat felől detektálta azt. Ugyanakkor további hónapokkal később ez a szinkron megszűnt, sőt fél év elteltével épp ellenkező értelművé vált: akkor már a Napéval szemközti irányból érkeztek a zavaró rádiójelek. Így tehát a Nap sem lehetett a forrásuk, bár mint később kiderült, a keresés immár helyes irányt vett. Jansky nem adta fel, és végül rájött, hogy a 23 óra 56 percenként – vagyis a csillagnap periódusával – ismétlődő rádiójel a Nyilas csillagkép irányából érkezik, nagyjából onnan, ahol a Tejútrendszer középpontja van. Jansky 1933-ban a Nature folyóiratban tette gyorsan közzé eredményét. (Érdemes elolvasni a fél oldalnál is rövidebb, mégis tudománytörténeti jelentőségű közleményét, amely a mai értelemben véve nem igazán hozza a tudományos publikációktól elvárt formát.)

A hasonló felfedezések jelentőségét nem mindig ismeri fel azonnal a széles nagyközönség, de a rádióhullámoknak jóval a Naprendszeren túli forrásból való detektálásával ez nem így volt. A The New York Times már 1933. május 5-én a címlapján hozta a hírt. Manapság Jansky felismerését tekintjük egy új tudományág, a rádiócsillagászat kezdetének.

Az első rádiócsillagászati témájú „tudománynépszerűsítő” hír a The New York Times címlapján, a bal oldali hasábban: Új rádióhullámok a Tejútrendszer középpontjának irányából. https://www.astron.nl/dailyimage/pictures/20130517/NYTimes-19330505_crop.jpg

A folytatás már nem volt ilyen fényes, a rádiócsillagászat kezdeti évei nem bizonyultak ennyire diadalmasnak. A szenzáció elhalványult, a Bell Laboratórium pedig Jansky számára új feladatot jelölt ki. A cég természetesen továbbra is inkább a transzatlanti telefonos összeköttetések fejlesztésében volt érdekelt, s nem az alapkutatásban. De a kor legtöbb hivatásos csillagásza sem ismerte fel azonnal a születő új tudományág jelentőségét – vagy csak egyszerűen nem volt elegendő forrásuk egy bizonytalannak tűnő programba belevágni. Elvégre a nagy gazdasági világválság korszakáról volt szó, nem sokkal később pedig kitört a második világháború… Pedig a rádióhullámok tartománya volt a második elektromágneses hullámsáv a látható fény után, amely egy újabb ablakot nyitott az emberiség számára a Világegyetem jelenségeinek felderítésére. Ezt az tette lehetővé, hogy bolygónk légköre átlátszó a rádiósugárzás egy széles hullámhossztartományában.

Az amerikai Very Large Array (VLA) rádiótávcső-hálózat ma Karl Jansky nevét viseli, ahogy egy mértékegység is. A rádiócsillagászatban használt fluxussűrűség egysége, az 1 jansky (Jy) a szokványos SI-egységekben kifejezve 10-26 W/m2/Hz. A hihetetlenül kis szám egyúttal azt is illusztrálja, mennyire halványak az égi rádióforrások. (Kép: NRAO/AUI/NSF, Jeff Hellerman)

A reménybeli új tudományág képzeletbeli stafétabotját először egy másik fiatal amerikai mérnök, Grote Reber vitte tovább – de ez már egy másik érdekes történet. Napjainkra a rádiócsillagászat óriási fejlődésen ment át. Egyre újabb obszervatóriumok, rádiótávcső-hálózatok kutatják az égbolt titkait, amelyeknek többsége a hagyományos optikai teleszkópjaink számára rejtve marad.

Szerző: Frey Sándor, Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

Források:
Hogyan kezdődött a rádiócsillagászat egy krumpliföldön? (Olivia Harper Wilkins, Massive Science)
https://massivesci.com/articles/radio-astronomy-sagittarius-karl-jansky/

Az első transzatlanti telefonhívás (Library of Congress)
https://www.loc.gov/static/programs/national-recording-preservation-board/documents/FIRST%20TRANSATLANTIC%20CALL.pdf

Rádióhullámok a Naprendszeren túlról (Karl G. Jansky, Nature, 1933)
https://doi.org/10.1038/132066a0