射電天文學(xué)
歷史
在發(fā)現(xiàn)天體會發(fā)射無線電波之前,就已經(jīng)有天體可能也會發(fā)射無線電波的想法。在1860年代,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的麥克斯韋方程組就已經(jīng)顯示來自恒星的電磁波輻射可以有任何的波長,而不會僅僅是可見光。一些著名科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)者,如愛迪生、奧利弗·洛奇和馬克斯·普朗克都預(yù)言太陽應(yīng)該會發(fā)射出無線電波。洛奇曾嘗試觀察太陽的無線電信號,但局限于當(dāng)時(shí)儀器技術(shù)的極限而未能成功。 .
最早辨識出的天文學(xué)無線電波源是偶然發(fā)現(xiàn)造成的意外收獲。在1930年代的早期,美國貝爾電話公司的一位工程師卡爾·央斯基在使用巨大的定向天線研究越洋無線電話的聲音在短波上受到的靜電干擾時(shí),他注意到以紙帶記錄器記下的類比訊號,持續(xù)的有著來源不明但會一直重復(fù)的訊號。由于這個(gè)訊號每天有一個(gè)峰值,因此央斯基起初懷疑干擾的來源是太陽。持續(xù)的分析顯示,來源不隨著太陽的出沒變化,而是以23小時(shí)56分的周期重復(fù)著,這個(gè)特征顯示來源是一個(gè)固定在天球上的天體,才會與恒星時(shí)同步轉(zhuǎn)動。
通過它的觀測和與光學(xué)天文的星圖比對,央斯基認(rèn)為輻射是來自銀河,并且朝向中心星座的人馬座方向最強(qiáng)。 他在1933年公布了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),央斯基本想再進(jìn)一步的詳細(xì)研究來自銀河的無線電波,但貝爾實(shí)驗(yàn)室重新分配了另一項(xiàng)工作給央斯基,使他不能繼續(xù)在天文學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)完成進(jìn)一步的工作。
1937年,格羅特·雷伯修建了一架9米直徑的拋物面碟形無線電望遠(yuǎn)鏡,成為無線電天文學(xué)的先驅(qū)。他以儀器重做了央斯基早期的工作和一些簡單的工作,也進(jìn)行了第一次的無線電頻率巡天。 . 在1942年2月27日,英國陸軍的研究官員J.S. Hey發(fā)現(xiàn)太陽散發(fā)出無線電波,開始協(xié)助無線電天文學(xué)的推展。 . 在1950年代初期,英國劍橋大學(xué)的馬丁·賴爾和安東尼·休伊什使用劍橋干涉儀描繪天空的無線電圖,制做了有名的2C和3C無線電源巡天星表。
技術(shù)
無線電天文學(xué)家使用不同形式的技術(shù)在無線電光譜上觀測天體。儀器也許只是簡單的針對一個(gè)能量充沛的無線電源,分析它所發(fā)射出來的是何種型態(tài)的輻射。圖像較詳細(xì)的天空區(qū)域,會有重疊的掃描影像可以被紀(jì)錄和拼合(馬賽克)成單一的影像。使用的儀器種類取決于需要的信號強(qiáng)度和需要的詳細(xì)的程度。
射電望遠(yuǎn)鏡
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的星系M87光學(xué)影像,使用VLA干涉儀拍到的同一星系,以及使用VLBA獲得的中心區(qū)域影像,這些天線分別位在美國、德國、意大利、芬蘭、瑞典和西班牙。顆粒的噴流被懷疑是由位在星系中心的黑洞提供的動力造成的。
電波望遠(yuǎn)鏡需要如此的大是因?yàn)樾枰邮苄盘柡瞳@得高的信噪比,也因?yàn)榻欠直媪κ?物鏡"直徑的函數(shù),與被觀測的電磁輻射波長的比例,相較之下電波望遠(yuǎn)鏡就必需比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡大上許多。例如,一架1米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是觀測的光波波長的200萬倍,解析力是數(shù)個(gè)弧秒;而一架盤面大上許多倍的電波望遠(yuǎn)鏡,依據(jù)他所觀測的波長,也許只能分辨滿月(30弧分)大小的天體。
射電干涉儀
光學(xué)天文觀測一般是利用光的粒子性,而射電天文觀測技術(shù)則是利用光的波動性(無線電波也是光的一種)。射電天文觀測往往能記錄下電磁波的相位信息,這使得人們可以通過干涉原理,將多臺射電望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行相干計(jì)算,得到更高的分辨率。理論上,射電干涉儀在某一方向上能達(dá)到的最佳分辨率取決于該方向上相距最遠(yuǎn)的兩臺望遠(yuǎn)鏡的距離。
射電干涉儀的發(fā)明意義重大,它的使用,不僅可以使得射電天文觀測所能達(dá)到的分辨率超過光學(xué)天文,也能通過建立射電望遠(yuǎn)鏡陣列來增加觀測靈敏度,突破了射電望遠(yuǎn)鏡單鏡的口徑限制。射電干涉儀的發(fā)明者,英國劍橋大學(xué)的馬丁·賴爾(Martin Ryle,1918-1984)和安東尼·休伊什(Antony Hewish,1924-- )因此獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這也是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第一次授予天文學(xué)研究。
發(fā)展
利用無線電技術(shù)測得的宇宙微波背景輻射資料轉(zhuǎn)換成的圖像。
射電天文學(xué)為天文知識帶來了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,特別是好幾種天體的新發(fā)現(xiàn),包括脈沖星、類星體和活動星系。這幾種天體的表現(xiàn)可算得上宇宙中最激烈、能量最高的物理活動。
射電天文學(xué)測量了星系的旋轉(zhuǎn)速度,發(fā)現(xiàn)星系中有大量物質(zhì)是看不見的,但是它們的引力是可察覺的,這就是暗物質(zhì)。
宇宙微波背景輻射是射電天文學(xué)上的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn),它為大爆炸理論提供了有力的支持。
射電天文望遠(yuǎn)鏡也用來研究離地球近得多的東西,包括太陽活動、太陽系行星的表面。
參看
阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列
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