2014-7-28 08:16:29
中新网
延 伸 阅 读 |
口径达
窥视宇宙的超级大“锅”
这是全世界有史以来最大的一口锅。重达数万吨,锅口面积大约相当于25个标准足球场的总和;假如用它满满煮上一锅饭,足够全世界70多亿人聚在一起吃上3天。
这口锅坐落在中国贵州,仍处在建造阶段。
当然,这口被全世界科学家称为FAST的“锅”并非为煮饭建造,它是一台巨大的射电望远镜。对于多数普通人来说,这是一个陌生的名词,但在天文学界,它已存在并且被高度依赖超过80年。超级大锅FAST,则正是迄今为止人类建造的最大一部射电望远镜。
按照搜索、观测的电磁波波长分类,天文望远镜大致可分为三大类:X射线天文望远镜——用于观察宇宙X射线,比如著名的“昌德拉”太空望远镜;可见光天文望远镜——以可见光为工具观察宇宙,最有名莫过于伟大的“哈勃”,以及“哈勃”的继任者、未来几年将升空的“韦伯”太空望远镜;射电望远镜——通过捕捉和分析太空中的无线电波来观察太空,例如美国“阿雷西博”射电望远镜。
从广义上看,曾经在2013年拍摄到婴儿时期宇宙照片、并发现暗能量的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)也属于射电望远镜。在此之前,20世纪60年代,天文学家借助于射电望远镜做出了四项重要发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子。
上天无路,入地有门
从观测效果考虑,为了避免大气层的干扰,天文望远镜最好的“居住地”莫过于太空。但与另外两类望远镜相比,射电望远镜在同样面积上收集到的电磁波能量更弱(有人计算过,80年来全世界所有射电望远镜收集到的能量还不够翻动一页书),因此,它需要更大的面积来收集来自太空的信息。正因如此,当“哈勃”与“昌德拉”相继奔赴太空之时,射电望远镜却只能在地面上望尘兴叹——现在的技术还不足以把口径达到数十米乃至上百米的大型望远镜搬到天上去。
幸好,与另外两种望远镜相比,射电望远镜观测的是波长较大的电磁波,受大气层的干扰相对较小。在地面上,科学家需要做的就是尽可能收集更大数量的电波,以提高射电望远镜的灵敏度;而达到这一目的的唯一途径,就是增大望远镜的工作面积。
在FAST之前,最大的射电望远镜是前文提到的“阿雷西博”,口径达
二十年磨一剑
1995年,北京天文台和国内20余所大学和研究所联合成立了大型射电望远镜中国推进委员会,提出利用贵州喀斯特地形,建造
“哈勃”、“昌德拉”等太空望远镜都使用陀螺仪控制望远镜镜头方向,而FAST将采用机器人控制、轻型索电力拖动,牵引着
眺望宇宙边缘
1960年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的马丁·赖尔利用干涉原理发明“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来自同一天体的无线电波,两束波进行干涉,其最高等效分辨率将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。当前,射电天文学领域已经利用这一技术把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。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖。
或许有人会问:既然这项技术已经让科学家拥有了“等效口径相当于地球直径量级”的射电望远镜,那么建造口径仅仅为
提出这一问题的朋友混淆了两个概念,那就是望远镜的“灵敏度”和“分辨率”。“综合孔径射电望远镜”技术仅仅能够提高射电望远镜的分辨率,但假如相隔两地的两架射电望远镜灵敏度不够高,那么这一技术根本派不上用场——这好像是警方破案,全国联网通缉固然可以迅速找到犯人,但之前确定犯人是谁,仍要依靠某一特定公安局——其破案能力就如同射电望远镜的灵敏度。迄今为止,提高射电望远镜灵敏度的唯一方法,依然是增加收集宇宙电波的镜面面积。从理论上说,口径达
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