Незаметный на слух радиошум превращается в чертеж структуры галактики, когда тарелка фиксируется на одной единственной спектральной ноте — линии нейтрального водорода с длиной волны 21 сантиметр. В отличие от оптических телескопов, которые зависят от звездного света, радиотелескоп «слушает» фотоны, испускаемые при сверхтонком переходе в атомарном водороде — квантовом перевороте спинов в системе электрон–протон.
Каждый участок неба дает спектр: зависимость интенсивности от частоты. Крошечные сдвиги частоты несут информацию о доплеровском эффекте и, следовательно, о лучевой скорости, а яркость показывает поверхностную плотность вещества на линии зрения. По сути это томографическое сканирование — астрофизический аналог компьютерной томографии в медицине, только здесь сигнал определяется не ослаблением рентгеновских лучей, а законами радиационного переноса. Пошагово «прочесывая» небо и сшивая полученные спектры, астрономы создают так называемый куб «положение–скорость».
Кривые вращения галактики позволяют перевести скорость в расстояние: газ, движущийся с определенными скоростями в данном направлении, может находиться лишь на строго определенных радиусах в вращающемся диске — это задается сохранением углового момента. Собирая такие ограничения по всему небу, удается восстановить трехмерное распределение нейтрального водорода и увидеть спиральные рукава, изгибы диска и протяженные гало, остающиеся невидимыми для оптических обзоров, которые «слепнут» из-за межзвездной пыли.
Тарелка никогда напрямую не «видит» ни звезды, ни пылевые полосы, ни яркое галактическое ядро. Она лишь собирает из космоса излучение одного квантового перехода, но в масштабе всей галактики — и из этой узкой спектральной линии возникает объемный, спрятанный от глаз скелет Млечного Пути.
