[Radioastronomia] Unelman, josta en osannut unelmoidakaan, täyttymys ;-)

Pyhiinvaellusmatka - vahingossa

Useimmiten ihmisen haaveet voivat olla todella yksinkertaisia, mutta
joskus käsittämättömän vaikeita toteuttaa. Eräs suurimmista haaveistani
on ollut aikoinaan päästä vierailemaan Japanissa sijaitsevalla Nobeyaman
radio-observatoriolla. Tämä pitkäaikaikainen haave toteutui muutamia 
vuosia sitten ja saan tästä melkeinpä vahingossa syntyneestä vierailusta
vieläkin valtavat voimat, kun vierailun yksityiskohtia muistelen. Eräs
fantastisimmista muistoista on 16-laitekaapillisesta vajaan terahertsin
levyisestä akusto-optisesta spektrometristä, jota käytetään Nobeyaman
40-metrisen millimetriaaltoalueen radioteleskoopin molekyyliradioastronomi-
sissa havainnoissa.

Vaan enpä ollut mitenkään valmistautunut tämänpäiväiseen yllättävään, melkeinpä
sananmukaiseen törmäämiseen Munchenin Deutsches Museumin käytävällä. Tähän
mennessä oli jo käytetty vajaat 6 tuntia pelkästään yhden kerroksen tutki-
miseen, joten väsymyskin saattoi pidentää reaktioaikoja. Olipa jo koluttu
AMSAT-DL:n esitykset ja DARC:in radioamatööriosasto asemineen, sekä moni
muukin radiopuolen nurkka nuuskittu.

Tultuamme tietoliikenneosastolta ulos käytävälle, näin ihastuneena jo kaukaa
seinällä postereita Wilson- ja Penzias-nimisten herrojen tunnetuista
aikaansaannoksista maailmankaikkeuden alkuräjähdyksen jäännettä olevan
kosmisen taustasäteilyn varmasta havaitsemisesta 1960-luvun alkupuolella.
Raahasin matkaseurani perässäni samalla pulputtaen juttua kavereitten tekosista.

Posterit ja pöytään liimatut lisätekstit olivat jonkin ison romukasan edustalla, 
oli aivan viittä vaille, ettei kävelty ohi, mutta Wilsonin ja Penziaksen käyttämän
torviantennin kuva oli onneksi niin tuttu ja aivoihin syöpynyt kaikista
radioastronomian kirjallisuuden helmistä. Mutta mikä ihme se romukasa siellä 
lasien takana oikein oli, miten se liittyi tähän tähän ?

Meni vaan muuten tavallisen monta minuuttia, ennenkuin aloin hiljalleen 
käsittämään, että silmieni edessä, melkein käsin kosketeltavissa, oli 
sittemin Nobelillakin palkittujen tutkijatohtoreiden aivan alkuperäinen
havaintokalusto ! Jotenkin kaikki tekstit olivat ihan irrallaan tästä
tieteen virstanpylvästekniikasta, joka oli totisesti ihkaoikeata mikro-
aaltorautaa...

En ole ikinä osannut kuvitellakaan, että joskus näkisin ihan näin 
elävänä heidän käyttämäänsä kalustoa: olin ihan varma, ettei sitä ole
ollut enää vuosikymmeniin. Antenni sinänsä on vielä ilmeisesti olemassa
New Jerseyssä, mutta se nyt on sentään pelkkä torviantenni...olkoonkin 
kuusimetrinen...

Samalla, kun tutkiskelin kalustoa minulle avautui vastaus mm. siihenkin kysymykseen,
miten Wilson ja Penzias ovat aikoinaan kyenneet mittaamaan tätä vajaan kolmen
Kelvinin taustasäteilyä. Tässä ulkomuistista selostus kaluston toteutuksesta:

Esillä olleessa järjestelmässä oli antennitorvena huomattavasti pienempi
torvi, kuin alkuperäinen, ehkä n. metrin pituinen normaali EH-torvi. Tämä on
tehty hieman isompaan aaltoputkeen, mutta heti pyörivän liitoksen (alunperin
torvea on voinut kääntää varmaankin mm. systeemitarkistuksia varten esim.
maata kohden). Alkuperäinen torvi oli siis sellainen, joka "päättyy" kappaleeseen
paraboloidipintaa, heijastuen sen kautta "sivulle". Tästä isommasta putkesta
kutistuttiin yhdellä pykälällä n. 4 - 5 GHz:n aaltoputkeen, jossa oli hetikohta
T-liitos, jonka jälkeen oli heti oikosulkuevä, jonka kulmaa pystyy ajamaan
moottoroidulla mekanismilla. Tällä järjestelyllä on voitu toteuttaa vaihto-
kytkin, jolla voidaan valita meneekö MASER:ille T-haaran kolmannesta portista 
tulevaa referenssisignaalia vai antennin kokonaiskohinalämpöteho.

Koko järjestelmässä on kaksi Dewaria, joista toinen on nestemäisellä heliumilla
jäähdytetty referenssisignaalilähde, keinokuorma. Toinen Dewareista on niinikään 
nestemäisellä heliumilla jäähdytettävä ja sisältää kulkuaalto-/rubiini-MASER-
vahvistimen. Em. T-portista tullaan toisen T-portin kautta tähän MASER:iin,
josta signaali tuodaan diodimikserille (paikallisoskillaattorina luultavasti heijastus-
klystron) ja sieltä edelleen välitaajuusvahvistinketjulle, joka on toteutettu
senaikaisella putkitekniikalla. Tästä sitten verhokäyräilmaisimen jälkeen
audiovahvistimelle/integraattorille ja viisarinäytölle + piirturille.
Viimeisen T-haaran ja MASER:in sisäänmenon välissä on vielä 24 dB:n ristisuunta-
kytkin, jonka kolmannessa portissa on aaltoputkipääte sovituksen aikaan-
saamiseksi ja neljännessä portissa läpimenevä Argon-kohinaputki, joka niinikään
päättyy aaltoputkikeinokuormaan.

Rubiini-MASER:in "tyyppi" on M4901 ja sen "sarjanumero" on 1 

Olipa todella käsittämättömän hieno kokemus nähdä tuo arvon tohtoreiden "rojuläjä" !
Jotenkin tuli sellainen lämmin tunne, että nyt on ollut jotenkin itsekin mukana tässä
varmasti kuohuttavia tunteita herättäneessä havainnossa, kun on ruuvailtu helium-
hanoja, säädelty aaltoputkikytkimen moottorin kulmaa ja katseltu piirturin kynää
sen piirtäessä vuoroin kylmäreferenssin ja vuoroin antennin kohinalämpötilaa
paljasten melkeinpä selittämättömän 3.5 +- 1.0 K eron... 

Tämä on onnistuttu sittemmin tarkentamaan 2.7 Kelviniin ja vielä tarkemmaksikin.

Joitakin linkkejä:

http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/dp65co.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/penwil.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Discovery_of_cosmic_microwave_background_radiation
http://www.orbit.zkm.de/?q=node/411

Pakko mennä huomenna uudestaan 

Terv. Michael, OH2AUE

P.S. no kävinhän minä...sohva olisi ollut poikaa, olisin viihtynyt pidempäänkin
meditoimassa. Laitteiston kasanneet eivät ole osanneet tai viitsineet kytkeä
kaikkia johtoja oikein, vaan ne ovat muodon vuoksi vain vähän sinnepäin. Ehkäpä
ohjeiden puutteessa eivät vaan pystyneet. Kalusto on liki täydellinen, siitä jää
uupumaan pyöreän polarisaatiokytkinaaltoputkihässäkän päättävä oikosulku ja 
lisäksi sekä 5 GHz:n paikallisoskillaattori, että MASER:in luokkaa 18 - 22 GHz
oleva pumppuoskillaattori. Viimeksimainittu lienee noihin aikoihin myös ollut 
heijastinklystron. Ja selvisipä syykin tämän mainion kaluston päätymisestä
Duetsches Museum:iin: Arno Penzias on itse asiassa täältä syntyjään Munchenistä
ja oikein itse ollut junailemassa kaluston pelastusta nähtäville tänne synnyin-
kaupunkiinsa, ilmeisesti ihan pysyvästi. Päätän raporttini ukostavasta Munchenistä
tähän.

11.11.2007/Michael Fletcher, OH2AUE

P.P.S. helmikuussa 2008 piirsin muistiinpanojeni ja valokuvien perusteella 
järjestelmän lohkokaavion, sekä kirjoitin muistiinpanot sähköiseen muotoon,
mutta museon julkistusukaaseista johtuen, en uskaltanut vielä laittaa html:ää
näkyviin. Yritin tavoitella Penziasta ja Wilsonia sähköpostitse julkaisuluvan
toiveissa, mutta tuloksetta. Onnistuin kuitenkin saamaan Penziaksen kiinni 
joulukuussa 2008 ja hän yhdessä Wilsonin kanssa suositteli lämpimästi rakentamani
sivun julkistamisen. Lohkokaavioon hän ehdotti yhtä nimityskorjausta aalto-
putkikytkimeen, joka on korjattu (kytkimen toteutustapaa ei pystynyt päälle-
päin päättelemään varmuudella). Alan opiskelijat ja tutkivat vierailevat 
usein sivulla, sillä se on ainoa julkisuudessa oleva yksityiskohtaisempi
kuvaus laitteistosta, jolla nämä Nobelistit mahtavan löytönsä tekivät.

24.10.2018/Michael Fletcher, OH2AUE