科普| 射電天文學

2020-11-24 騰訊網

通過研究從太空傳來的射電波，天文學家已發現了宇宙中眾多的活動天體和爆炸事件。這包括超新星遺蹟、超大質量黑洞周圍的磁漩渦，以及宇宙誕生的大爆炸輻射。射電望遠鏡也可以跟蹤太空中的分子、新行星和生命的原材料。研究宇宙的波長不允許廣播佔用。即使如此，射電望遠鏡受到的無線電汙染也越來越嚴重，如手機幹擾。

射電望遠鏡

射電天文學家不是簡單地收聽從太空傳來的射電波。在大多數射電望遠鏡中，射電波遇到蝶形反射器的大拋物面內側，會被反射並聚焦到一個天線上——類似於電視天線。天線將產生的電信號發送給計算機，進行存儲和轉換成電子圖像。我國的天眼就是典型的射電望遠鏡。

射電頻譜

射電波的波長超過了任何別種電磁輻射，大於1毫米的波長都屬於射電波。大多數射電波都能穿透大氣到達地球表面，不過波長100米以上的射電波會被大氣頂部的電離層反射回太空。科學家經常使用頻率——即每秒鐘經過的波長來描述射電波。波長越短，頻率越高。

射電天線

日本野邊山射電天文臺的大型射電望遠鏡擁有45米的大口徑蝶形拋物面，比網球場面積的10倍還大。然而它的表面十分光滑，誤差不到一片草葉的寬度。這種精密表面有利於收集星際氣體分子發出的毫米波輻射。

望遠鏡陣列

射電波比光波波長更長，因此射電望遠鏡不如光學望遠鏡清晰。為揭示更多細節，天文學家將幾個小望遠鏡連接起來，模擬或組成一臺更大的望遠鏡。甚大陣的27個蝶形天線可沿著三條軌道向外移動，組合成的最長基線可達36千米。甚至基線射電望遠鏡陣位於美國，能提供比哈勃空間望遠鏡更清晰的圖像。

地球自轉綜合天線陣

一字排列的望遠鏡——甚至是Y形的甚大陣——都會使綜合式的大望遠鏡留下缺口，從而導致最終接收到的射電圖像扭曲。20世紀50年代，馬丁·賴爾提出了一個解決方案。望遠鏡不是通過快照來獲取「千瘡百孔」的視圖，而是對同一個射電源連續觀察12小時。在地球自轉的作用下，每一個天線都會繞著其他天線慢慢劃出一個半圓，從而「綜合」成了更大的望遠鏡。

同步加速輻射

從超新星遺蹟到星系，許多射電源的射電波都是由電子高速穿過磁場而產生的。這種類型的射電波被稱作同步加速輻射，在較長波長長處能量最強。從這張天爐座A星系的圖片上，能看出射電波瓣中的電子嗖嗖穿過複雜磁場的場景。

射電大事件

1932年，卡爾·央斯基發現來自銀河系的射電「噪聲」，射電天文學由此發端。

1942年，英國科學家斯坦利·海伊（1909~2000）發現太陽強烈的射電爆發。

1949年，澳大利亞的射電天文學家確認了太陽系外的首批射電源。

1951年，哈佛科學家接收到了銀河系氫氣所發出的21釐米波長信號。

1963年，第一個類星系3C273被確認：它是一個能量極強的射電源。同時，人們在它18釐米波長的輻射中還發現了第一個星際分子（羥基）。

1965年，阿爾諾·彭奇亞斯和羅伯特·威爾遜發現了大爆炸微弱的熱回聲——宇宙背景輻射。

1967年，安東尼·休伊什和喬絲琳·貝爾·伯內爾發現了第一顆脈衝星PSR 1919+21。

1992年，宇宙背景探測器測量到了宇宙背景輻射中的波紋，這是星系形成的最初跡象。

撰文：呂亞亞

審核：劉廣益

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