射电望远镜

来自中文百科,文化平台
跳转至: 导航搜索
地球大气对于不同波长电磁辐射的阻拦率。

射电望远镜英语:Radio telescope),探测天体射电辐射的基本设备。可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。通常,由天线、接收机和终端设备3部分构成,是一种专门的天线无线电接收机,在射电天文学用来接收天空中从天文射电源无线电波。射电望远镜的外形差别很大,有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜,有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜,有射电望远镜阵列,还有金属杆制成的射电望远镜。

位于澳大利亚新南威尔士州帕克斯天文台的64米口径射电望远镜。

概述

射电望远镜的天线收集天体的射电辐射,接收机将这些信号加工、转化成可供记录、显示的形式,终端设备把信号记录下来,并按特定的要求进行某些处理然后显示出来。表征射电望远镜性能的基本指标是空间分辨率和灵敏度,前者反映区分两个天球上彼此靠近的射电点源的能力,后者反映探测微弱射电源的能力。射电望远镜通常要求具有高空间分辨率和高灵敏度。根据天线总体结构的不同,射电望远镜可分为连续孔径和非连续孔径两大类,前者的主要代表是采用单盘抛物面天线的经典式射电望远镜,后者是以干涉技术为基础的各种组合天线系统。20世纪60年代产生了两种新型的非连续孔径射电望远镜——甚长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜,前者具有极高的空间分辨率,后者能获得清晰的射电图像。世界上最大的可跟踪型经典式射电望远镜其抛物面天线直径长达100米,安装在德国马克斯·普朗克射电天文研究所;世界上最大的非连续孔径射电望远镜是甚大天线阵,安装在美国国立射电天文台。

1931年,美国贝尔实验室央斯基用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。随后美国人格罗特·雷伯在自家的后院建造了一架口径9.5米的天线,并在1939年接收到了来自银河系中心的无线电波,并且根据观测结果绘制了第一张射电天图。射电天文学从此诞生。雷伯使用的那架天线是世界上第一架专门用于天文观测的射电望远镜。

20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现:脉冲星类星体宇宙微波背景辐射星际有机分子,被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

天文望远镜的极限分辨率取决于望远镜的口径和观测所用的波长。口径越大,波长越短,分辨率越高。由于无线电波的波长要远远大于可见光的波长,因此射电望远镜的分辨本领远远低于相同口径的光学望远镜,而射电望远镜的天线又不能无限做大。这在射电天文学诞生的初期严重阻碍了射电望远镜的发展。

1962年,英国剑桥大学卡文迪许实验室马丁·赖尔(Ryle)利用干涉的原理,发明了综合孔径射电望远镜,大大提高了射电望远镜的分辨率。其基本原理是:用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波,两束波进行干涉,其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖

干涉原理

目前射电天文学领域已经广泛应用长基线的干涉技术,将遍布全球的射电望远镜综合起来,获得了等效口径相当于地球直径量级的射电望远镜。美国建设了VLBA,欧洲建设了欧洲甚长基线干涉测量网络(European VLBI Network,EVN),二者组成了"全球VLBI网",在频率高于5GHz获得亚毫分秒(Sub-milliarcsecond)的分辨率。台湾中央研究院天文及天文物理研究所及其合作者美国哈佛史密松天文物理中心,曾于2009年建议将一座电波望远镜架设于格陵兰,以实现次毫米波全球特长基线干涉阵列submm-VLBI,取得极高角分辨力,该座名为“格陵兰望远镜”之天线碟已于2017年建置完成,于2018年1月试观测成功,与“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope)成员连线观测。

位于美国新墨西哥州的综合孔径射电望远镜甚大天线阵(VLA)。

著名射电望远镜

  • 位于美国波多黎各岛上的阿雷西博望远镜,为固定在天然火山口当中的单口径球面天线,口径305米,后扩建为350米。现已因严重损坏而退役。
  • 位于美国新墨西哥州沙漠中的甚大天线阵(VLA),由27面架设在铁轨上的口径25米的天线组成,排列成Y字形。
  • 阿塔卡玛大型毫米波天线阵。(ALMA)
  • 位于格陵兰的格陵兰望远镜次毫米波特长基线干涉仪。
  • 日本的VSOP,利用日本HALCA卫星携带的8米射电望远镜与地面上的射电望远镜组成干涉仪。
  • 德国的埃菲尔斯伯格射电望远镜(Radioteleskop Effelsberg),口径100米。
  • 位于美国西弗吉尼亚州坡卡洪塔县绿岸的绿堤望远镜,天线尺寸为100米x110米。
  • 中国上海佘山天文台的65米射电望远镜。
  • 中国北京市密云区密云水库北岸国家天文台,50米口径射电望远镜。
  • 中国贵州省平塘县克度镇大窝氹洼地的500米口径球面射电望远镜(FAST)(目前是世界上单一口径最大的球面射电望远镜)
  • 俄罗斯RATAN-600环状射电望远镜,直径576米
  • 日本野边山宇宙电波观测所的45公尺电波望远镜和野边山毫米波阵列。
  • 位于法国南赛Nançay观测站,1964年建成。
  • 筹建中的平方千米阵。(SKA)

参阅