Radioastronomia jest działem astronomii obserwacyjnej, zajmującym się badaniem promieniowania elektromagnetycznego w zakresie fal radiowych, emitowanego przez obiekty kosmiczne. Zakres widma elektromagnetycznego będący obszarem zainteresowania radioastronomii rozciąga się od promieniowania mikrofalowego aż do ultra długich fal radiowych. Źródłami promieniowania radiowego są w pewnym stopniu niemal wszystkie obiekty astronomiczne.
Najważniejsze kategorie radioźródeł to:
- gaz międzygwiazdowy
- gwiazdy neutronowe
- pozostałości po wybuchach supernowych
- galaktyki
- czarne dziury z otaczającymi je dyskami akrecyjnymi
- kwazary
- tło kosmiczne.
Wiele radioźródeł jest pozostałościami po wybuchach gwiazd supernowych, a także pochodzi od gwiazd rozbłyskowych, obłoków wodoru międzyplanetarnego, mgławic międzyplanetarnych, kwazarów i pulsarów. Istnieją także monochromatyczne źródła promieniowania. Najsilniejszym jest linia wodoru na częstotliwości 1420MHz, której zbadanie umożliwiło uzyskanie informacji o rozmieszczeniu masy w galaktykach. Bardzo interesujące są obserwacje maserów kosmicznych. Niezwykłym obiektem jest maser pary wodnej (H2O) znajdujący się w obszarze W49. Odkryto także tzw. promieniowanie szczątkowe Wszechświata, którego rozkład widmowy odpowiada promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze około 3K. Radioteleskopy są znacznie czulsze od teleskopów optycznych i możliwe są obserwacje radiogalaktyk, na takich odległościach, do których nie sięgają już badania optyczne.
Możliwości aparatury służącej do obserwacji radioastronomicznych oceniają trzy parametry: czułość, widmową zdolność rozdzielczą (możliwość rozróżnienia szczegółów w obserwowanym widmie) i kątową zdolność rozdzielczą (jak blisko mogą leżeć od siebie źródła promieniowania, aby jeszcze były widoczne osobno). Dwa pierwsze parametry są w porównaniu z teleskopami optycznymi o wiele lepsze. Szczególnie zdumiewająca jest czułość współczesnych radioteleskopów. Gdyby udało się przechwycić i zsumować energie wszystkich sygnałów odebranych przez radioteleskopy w ciągu 50 lat, to ich energia nie byłaby wystarczająca do podgrzania 1 grama wody o 1 stopień! Największym problemem radioastronomii była zawsze kątowa rozdzielczość radioteleskopów. Zdolność rozdzielcza największych istniejących radioteleskopów (kilkusetmetrowych) jest gorsza od oka ludzkiego rejestrującego promieniowanie w zakresie fal widzialnych (około 200 sekund łuku). Aby zwiększyć rozdzielczość, stosuje się tzw. syntezę apertury, w której zamiast jednej anteny stosuje się dwie lub więcej mniejszych anten oddalonych od siebie. Dla układu dwóch anten fala odbierana w tym samym momencie jest sumowana w ten sposób, aby została zachowana cała informacja o fazach, w jakich sygnał dotarł do każdej z anten osobno. Za przykład instrumentu działającego na zasadzie syntezy apertury służy zespół 27 radioteleskopów znajdujących się w pobliżu Socorro w Stanach Zjednoczonych o nazwie Very Large Array (VLA). Interferometr ma kształt litery Y, której każde ramię ma długość 21km. Anteny mają średnicę 25m i są umieszczone na szynach, przez co mogą być przemieszczane. Rozdzielczość tego instrumentu wynosi około 1 sekundy łuku, czyli tyle, co duże naziemne teleskopy optyczne.
The Very Large Array (VLA), USA.
Sygnały odbierane w radioastronomii różnią się od sygnałów jakie odbierają radioamatorzy. Radioastronomów interesują sygnały typu szumowego, których charakterystyki są często podobne do szumów generowanych w odbiorniku lub szumów tła powstałych wokół anteny lub w galaktyce. Sygnały te są bardzo słabe i promieniowanie tła jest zwykle wielokrotnie większe od właściwego sygnału, co powoduje konieczność użycia bardzo czułych odbiorników o dużym wzmocnieniu i wysokiej stabilności. Radioźródła można badać pod względem gęstości strumienia, jego zmiany w czasie lub częstotliwości, polaryzacji i rozkładu przestrzennego sygnału. Najsilniejszym radioźródłem, obserwowanym przez ziemskie radioteleskopy, jest Słońce, które promieniuje w sposób termiczny. Zjawisko to wyjaśnia dobrze znane z lekcji fizyki prawo Plancka, które opisuje zależność natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego od temperatury. Ciało znajdujące się w temperaturze wyższej od zera bezwzględnego wydziela promieniowanie o ciągłym i bardzo szerokim widmie i jednocześnie, ze wzrostem temperatury, maksimum widma przesuwa się w kierunku fal krótszych.
W radioastronomii fale radiowe rozszerzają możliwości badawcze kosmosu w poszukiwaniu sygnałów pochodzących od innych form życia, umożliwiają określenie danych o ciałach niebieskich niemożliwych do uzyskania innymi metodami, np. temperaturę pod powierzchnią planety, weryfikowanie teorii o Wielkim Wybuchu itp.