【側耳傾听——射電望遠鏡與天文學】

江南布衣

【側耳傾听——射電望遠鏡與天文學】

 

作者: 柯南

 

央斯基(Jansky)
　　

有這樣一種說法，盲人的耳朵特別靈。

 

自古以來，天文學家靠的就是依靠“看”進行工作。

 

伽利略用自制的望遠鏡發現了木星的衛星。

 

那大概可以算作可見光波段天文學的真正開始。

 

有了望遠鏡作為人眼的延伸，天文學的到了極大的發展。

　　

時間轉到了20世紀初，意大利人馬可尼發明了實用的無線電通訊技術。

 

無線電成了人們溝通的方式。

 

1931年到1932年期間，美國電報電話公司(ATT)公司的一位工程師央斯基（Jansky）在研究長途無線電通訊干擾的時候，發現了一種奇怪的現象︰

 

有一種干擾無論如何也不能除去，它的信號不太強，但是很穩定，始終來自于人馬座方向。

　　

人們對于央斯基的發現感到很奇怪。

 

後來，美國人雷伯建造了一架用來接收人馬座無線電干擾的天線。

 

這架天線——也是日後射電天文望遠鏡的鼻祖——證實了央斯基的發現，即那個信號是從銀河系中心方向發出的（其實就是銀心的射電）。

 

這就揭開了射電天文學的大幕。

　　

人們開始知道，宇宙除了可以用眼楮“看”，也可以用耳朵“听”。

 

當然，這個耳朵就是射電望遠鏡。

 

從外觀上看，大多數射電望遠鏡和雷伯制造的那架天線別無二致。

 

它們都是拋物面形狀的金屬殼。

 

我們知道，折射式望遠鏡依靠光學玻璃聚焦光線成像，而反射式望遠鏡依靠拋物面形狀的鏡面會聚光線成像。

 

宇宙中充滿著無線電波，無線電波的波長比可見光長。

 

通常玻璃不會對其有折射作用。

 

然而，如果用金屬制成類似的拋物面，那麼無線電波也能被聚焦到一點。

 

這就是射電望遠鏡的原理。

　　

德國100米射電望遠鏡 　　　　　　　　　　

　　

通常，擁有一架大口徑的光學望遠鏡是天文學家的夢想。

 

而光學望遠鏡要造的很大，在工程上是很困難的，因為可見光的波長很短，如果鏡面有一點變形，得到的圖像就會變形。

 

但是射電望遠鏡就不同了，無線電波的波長比可見光長。

 

這樣，即使射電望遠鏡的鏡面稍微有一點變形也不會有什麼影響。

 

所以，射電望遠鏡可以造的很大。

 

幾十米直徑的射電望遠鏡在技術上很容易實現。

 

當然，如果更大，人們也會遇到鏡面變形的問題。

 

阿雷西博是一個很好的例子。

 

阿雷西博是一個射電望遠鏡，它是世界上最大的單台射電望遠鏡，直徑350米，設在中美洲波多黎各（美國托管地）。

 

這樣一口碩大無朋的“鍋”是沒法像一般的射電望遠鏡那樣隨意轉動的——人們還無法讓這樣一個巨無霸既靈活轉動又保持自身的形狀不變。

 

於是，人們乾脆將計就計，把它安放在了一個山谷中。

 

這個遠遠望去就像野餐用的鐵鍋的望遠鏡接受了很多非常寶貴的射電信息。

 

當它正式投入使用的時候，還像武仙座發出了人類第一份有意識表達自己存在的電報。

 

今天，阿雷西博仍然是天文學家非常重要的研究工具。

 

人們所熟知的“搜尋地外文明”計劃(SETI)就是由阿雷西博執行的——它全天候的接收來自地外（同樣也來自地球，事實上地球上的干擾也佔了很大一部分）的信號。

　　　
世界上最大的單台射電望遠鏡阿雷西博Arecibo，直徑350m。

　　

另外一種方式是修建很多小的射電望遠鏡，然後把它們組合起來。

 

這樣也能達到大口徑射電望遠鏡的效果。

 

科學家發現，如果讓相隔數千公里的兩個射電望遠鏡同步工作，那麼它們就相當於一個直徑為二者之間距離的射電望遠鏡。

 

這樣，射電望遠鏡的分辨率可以比光學望遠鏡還要大很多。

 

這稱為甚長基線射電望遠鏡。

 

有人做了一個比喻，如果全世界所有人平分一塊蛋糕，那麼甚長基線射電望遠鏡的角分辨率就和每個人拿到的蛋糕的角度差不多。

　　

位於美國新墨西哥州沙漠的甚大陣射電望遠鏡（VLA）

　　　　　

其實，可見光波段只不過是整個電磁波譜的很小一部分。

 

更多的信息隱藏在紅外線、紫外線、X射線、γ射線和無線電波段。

 

20世紀60年代的四大天文學發現都和射電天文學有關︰

 

宇宙微波背景輻射、星際分子、脈沖星和類星體。

 

很多人都知道，彭齊亞斯和威爾遜用無線電天線首先接受到了溫度大約為3K的黑體發出的微波輻射，這被認為是大爆炸的遺跡。

　　

今天，射電天文學是天文學非常重要的一個組成部分。

 

與傳統的天文觀測不同的是，射電天文學不用眼楮去看，而是用耳朵去傾听。