科普:射電望遠鏡的原理,曾經向外星人發過什麼信息?

2021-01-13 EETOP

射電望遠鏡(radio telescope)是指觀測和研究來自天體的射電波的基本設備,可以測量天體射電的強度、頻譜及偏振等量  。包括收集射電波的定向天線,放大射電信號的高靈敏度接收機,信息記錄﹑處理和顯示系統等。20世紀60年代天文學取得了四項非常重要的發現:脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子,被稱為「四大發現」。這四項發現都與射電望遠鏡有關。

1931年,美國貝爾實驗室的科學家卡爾·央斯基發明利用射電波探測天體的旋轉天線陣。20世紀80年代,美國的VLBA陣﹑日本的空間VLBI相繼研發成功,這是新一代射電望遠鏡的代表。

2012年10月28日,亞洲最大的全方位可轉動射電望遠鏡在上海天文臺正式落成。這臺射電望遠鏡的綜合性能排名亞洲第一、世界第四,能夠觀測100億光年以外的天體,將參與我國探月工程及各項深空探測。

被譽為「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)是世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡,2016年9月在貴州落成。

基本原理

經典射電望遠鏡 的基本原理是和光學反射望遠鏡相似,投射來的電磁波被一精確鏡面反射後,同相到達公共焦點。用旋轉拋物面作鏡面易於實現同相聚焦,因此,射電望遠鏡天線大多是拋物面。射電望遠鏡表面和一理想拋物面的均方誤差率不大於λ/16~λ/10,該望遠鏡一般就能在波長大於λ的射電波段上有效地工作。對米波或長分米波觀測,可以用金屬網作鏡面;而對釐米波和毫米波觀測,則需用光滑精確的金屬板(或鍍膜)作鏡面。從天體投射來並匯集到望遠鏡焦點的射電波,必須達到一定的功率電平,才能被接收機檢測到。目前的檢測技術水平要求最弱的電平應達10 -20瓦。射頻信號的功率首先在焦點處放大10~1000倍﹐並變換成較低頻率(中頻),然後用電纜將其傳送至控制室,在那裡再進一步放大﹑檢波,最後以適於特定研究的方式進行記錄、處理和顯示。

天線收集天體的射電輻射,接收機將這些信號加工、轉化成可供記錄、顯示的形式,終端設備把信號記錄下來,並按特定的要求進行某些處理然後顯示出來。表徵射電望遠鏡性能的基本指標是空間解析度和靈敏度,前者反映區分兩個天球上彼此靠近的射電點源的能力,後者反映探測微弱射電源的能力。射電望遠鏡通常要求具有高空間解析度和高靈敏度!

射電望遠鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠鏡。射電望遠鏡的外形差別很大,有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠鏡,有能夠全方位轉動的類似衛星接收天線的射電望遠鏡,有射電望遠鏡陣列,還有金屬杆製成的射電望遠鏡。

暴露地球位置

然而,你們可曾知道?射電望遠鏡曾經幹過一件「蠢事」,早在40多年以前就已經向太空廣播暴露了地球在宇宙中的位置!

那是在1974年,世界上當時最大的單面射電望遠鏡剛剛完成改造。就在慶祝儀式上,人們打算用這面口徑305米的阿雷西博天線,向宇宙發送一段無線電信號。這段信號經過精心設計,如果能夠被正確接收和解碼,就可以從中解讀出關於人類的諸多信息,包括我們在太陽系裡所在的位置。

在1974年11月16日,建于波多黎各的美國阿雷西博天文臺望遠鏡向球狀星團M13發射了一段超強「廣播」。正式透漏了地球的位置,科學家們期望這段信息能夠被宇宙外的高等文明截獲並與我們交流。

在此之前,只有先驅者10號和11號,攜帶著刻有人類信息和坐標的鋁板被發射升空。當時它們剛離開地球不久,正在「龜速」飛向太陽系外。算上後來旅行者號攜帶的鍍金唱片,這些給外星人準備的小禮物,只能算是人類投向宇宙的漂流瓶,本身並沒有明確的目的地,而且至少要上幾萬年才能真正意義上飛出我們的太陽系。

阿雷西博信號則不同,相當於一封無線電報,一經發出就會以光速飛離地球。用不了1天,它就能超過那些漂流瓶。不過,這封電報也同樣需要上萬年才能抵達目的地。人們給這封電報挑選的接收地點,是編號M13的武仙座星團,距離地球超過2.2萬光年。

這段信號包含了1679個二進位數字組,翻譯過來以後可以得到:DNA所包含的化學元素序號;核甘酸的化學式;DNA的雙螺旋形狀;人的外形;太陽系的組成和地球的基本信息;望遠鏡的口徑和波長。

之所以選擇了球狀星團M13,是因為該星系所含的恆星數量較多。有較大的可能會遇上宇宙中的高等文明。

此外,就算現在球狀星團M13還不具備高等生物。但由於與其相差2.5萬光年,等到這段信號到達那裡,這一路上所花的時間也足以讓一顆星球上的生命從低等生物發展到具備探索宇宙的能力了。一些科學家們擔心這段信號會不會在未來給地球帶來「殺身之禍」,比如貝爾物理獎得主、英國天文學家馬丁·賴爾得知此事後,就給聯合國寫信極力反對人類主動與外星人建立聯繫;在他看來這些信息很可能會暴露地球人的存在,有可能招來殺身之禍。現在這段信號只傳播了僅僅40幾年。在幾百年,幾千年之後說不準就會被外星文明給檢測到。如果真是這樣阿雷西博天文臺的這個鍋蓋可真要背鍋了。


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