Со помош на модифициран SDR систем (софтверски дефинирано радио), параболична антена, засилувачи, филтри и напредна дигитална обработка на сигналите, успеав од сопствениот двор да навлезам во внатрешноста на Млечниот Пат и преку Доплеровотo помeстување физички да ја потврдам релативната брзина на неговите спирални краци во однос на Земјата.

Фотографија на Центарот на нашата галаксија Млечен Пат, или Кумова слама, направена во мај 2023 година. Фотографирано  од околината на Штип, близу до спортскиот аеродром Сушево и селото Сушево. Фото: Миле Кокотов

Употребена опрема

• Параболична антена со дијаметар 160 cm и прајм фокус

• 2-елементна Јаги антена за 1420 MHz, составена од дипол и секундарен рамен рефлектор

• I степен на предзасилување со SPF5189z (G=12 dB, NF=0,6 dB)

• SAW филтер пропусник на опсег за 1420 MHz

• II степен на засилување (G=20 dB, NF=0,6 dB)

• 7 m коаксијален кабел LMR-195

• Bias-T за напојување на засилувачите и акумулатор 12 V

• SDR Airspy Mini

• SDR програмата SDR# со плагин за интеграција (усреднување) IF Average

• лаптоп компјутер со Windows 11.

Од лево кон десно: Параболична антена со дијаметар 160 cm и прајм фокус, со која е извршен прием на сигналот на водородната линија на 1420 MHz; Дипол за 1420 MHz импровизирано залепен пред рефлекторската плоча (кој инаку се користи како фид за работа на 2400 MHz преку сателитот QO-100); и Диполот, отсечен на точните димензии, директно на влезот на предзасилувачот. Фото: Дејан Трајковски

Мерење на двоелементната антена за 1420 MHz (фидот на параболичната антена) со спектрален анализатор. Добиено е одлично прилагодување (SWR=1,07) на 1420 MHz. При завршното фино дотерување на должината на краците на диполот е користена турпија! Фото: Дејан Трајковски

Насока на приемот

За прием на сигналите е применета дрифт-скен метода, со фиксирана антена кон поларните координати: деклинација δ=–8° 25' и часовен агол HA=23h 39', односно земни кординати: азимут 173,3 степени, елевација 41 степен.

За време на експериментот спроведен на 22 јули 2026 година во 22 часот и 30 минути, низ главниот сноп од антената помина ѕвездата Алфа Скути (α Sct.) од созвездието Штит (Scutum), во чиј правец се наоѓаат региони богати со водород, по должината на спиралните краци Штит-Кентаур, Стрелец-Кобилица и Персеј од нашата галаксија Млечен пат. Сигналот во таа насока, со галактичка должина l=27,3° и галактичка ширина b=–3,3°, е прилично интензивен, бидејќи гледаме директно во внатрешниот регион од галактичкиот диск и мошне блиску до галактичкиот екватор, по должината на десетици илјади светлосни години галактички краци богати со водород.

Позиција на ѕвездата Алфа Скути во соѕвездието Штит. Со дрифт-скен, кога ротацијата на Земјата се користи како ротатор на антената, Млечниот Пат помина низ главниот сноп на антената. Слика: Дејан Трајковски

Усреднување, сооднос сигнал-шум и автентичност на сигналот

Поради екстремно слабата моќност на меѓуѕвездениот сигнал, за негово извлекување над подот на термалниот шум (thermal noise floor) применив агресивно софтверско усреднување (интеграција) од дури 1000000 спектрални примероци на секоја од 1024 фреквенции во спектарот, со што се овозможи драматично подобрување на соодносот сигнал-шум (signal-to-noise ratio – SNR). Доказ дека детектираниот пик е автентичен галактички сигнал, а не локална радиоинтерференција (RFI) или артефакт од опремата, е фактот што сигналот беше максимален токму при поминувањето на галактичкиот диск / ѕвездата Алфа Скути и тој целосно да избледне за 30-40 минути по нејзиното заминување од главниот сноп на антената. Дополнително, калибрацијата изведена во однос на ладно небо, во насока на ѕвездата Theta Aquilae, 2,5 часа по пикот на главниот сигнал, потврди дека спектралниот профил ја следи реалната геометрија на водородните облаци.

Примениот спектар на сигналот и пикот на водородната линија. Калибрирано (0 dB) во однос на ладно небо, во регионот на ѕвездата Тета Аквила. Пикот е широк колку што треба, над 100 kHz и исчезна после 30-40 минути по заминување на централниот дел на дискот на Млечниот Пат од главниот сноп на антената, што претставува доказ дека се работи за легитимен сигнал. Шилецот и долот на десната падина од пикот претставуваат артефакти на приемникот, односно грешки при калибрацијата. Слика: Дејан Трајковски

Доплерово поместување  на сигналите

Детектираното отстапување на фреквенцијата на водородната линија од нејзината теоретска вредност од 1420,4058 мегахерци е директен резултат на Доплеровото поместување, коепшто произлегува од релативната брзина помеѓу нас и водородните облаци. Вкупната измерена брзина е сложена векторска сума од три главни компоненти: сопствената орбитална брзина на Земјата околу Сонцето од околу 30 km/s, ротационата брзина на Сончевиот систем околу Галактичкиот центар од околу 220 km/s и сопственото кружно движење на самите спирални краци во дискот.

На графикот се гледа дека главнината на пикот е центрирана околу 1420,370 MHz, односно имаме црвенo поместување во однос на 1420,406 MHz, поради релативно оддалечување.

Доплерово поместување:

Δf = 1420.370 MHz – 1420.406 MHz = –36 kHz

Резултатнтна релативна брзина на оддалечување:

Δv = –299792*(–0.036)/1420,406 = +7,6 km/s

Асиметријата (проширување лево од пикот и мал десен пик)

На левата страна (околу 1420.250 – 1420.300 MHz) имаме постепена рампа/проширување. Ова е сигнал од гас кој има поинаква брзина (црвено поместен во однос на главниот пик).

На десната страна (околу 1420,600 MHz) портокаловата линија на подвижните средини убаво покажува уште една мала, мазна купола (второстепен пик), што јасно укажува на потструктура во истата линија на гледање.

Артефакти на приемникот

Остриот шилец околу 1420,430 MHz и долот околу 1420,500 MHz претставуваат само софтверски артефакти, односно грешки во калибрацијата во однос на ладно небо и нестабилност на засилувањето на приемникот.

Физичко потекло на сигналот – водородната линија на 1420,406 MHz

Овој специфичен радиосигнал настанува при т.н. хиперфина транзиција на неутралниот водороден атом, каде што спинот на електронот спонтано преминува од паралелен во антипаралелен во однос на спинот на протонот. При оваа транзиција, атомот преминува во состојба со пониска енергија и емитува еден фотон со екстремно мала енергија.

Според Планковата релација E = h*ν, каде што h е Планковата константа (6.626* 10^(-34) J*s), а ν е фреквенцијата од 1420.4058 MHz, добиваме дека емитуваниот квант енергија е одвај E = 9.41 * 10^(-25) J (бранова должина λ = 21.1 cm). Иако за еден поединечен атом оваа транзиција е исклучително ретка (се случува спонтано еднаш во околу 11 милиони години), поради гигантските маси неутрален водород во галактичките краци (околу 10^60 атоми), овој процес произведува континуиран и мерлив радио-сигнал кој ни овозможува да го анализираме Млечниот Пат.

Овој експеримент е успешен доказ дека со соодветно поставена и калибрирана опрема, многу упорност и дигитална обработка на сигналите, современата радиоастрономија е достапна и во домашни услови. Добиенатите податоци не само што ја потврдија детекцијата на неутралниот водород од Млечниот Пат, туку отвораат врата и за понатамошни систематизирани мерења и анализирања на останатите спирални краци на Галаксијата. Со ова се докажува дека љубопитноста и аматерскиот ентузијазам можат директно да нè поврзат со фундаменталната физика на вселената.