射電望遠(yuǎn)鏡（測(cè)量天體射電強(qiáng)度的天文設(shè)備）
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射電望遠(yuǎn)鏡
測(cè)量天體射電強(qiáng)度的天文設(shè)備
射電望遠(yuǎn)鏡（radio telescope）是指觀測(cè)和研究來(lái)自天體的射電波的基本設(shè)備，可以測(cè)量天體射電的強(qiáng)度、頻譜及偏振等量。包括收集射電波的定向天線，放大射電信號(hào)的高靈敏度接收機(jī)，信息記錄﹑處理和顯示系統(tǒng)等。
20世紀(jì)60年代天文學(xué)取得了四項(xiàng)非常重要的發(fā)現(xiàn)：脈沖星、類(lèi)星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子，被稱(chēng)為“四大發(fā)現(xiàn)”。這四項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。
基本信息
| 中文名 | 射電望遠(yuǎn)鏡 |
| 外文名 | radio telescope |
| 類(lèi)型 | 天文設(shè)備 |
| 物理判斷 | |
| 放大容量 | λ/16～λ/10 |
| 最弱電平 | 10 ─20瓦 |
| 作用 | 測(cè)量天體射電的強(qiáng)度、頻譜及偏振 |
收起
基本原理
經(jīng)典射電望遠(yuǎn)鏡的基本原理是和光學(xué)反射望遠(yuǎn)鏡相似，投射來(lái)的
電磁波被一精確鏡面反射后，同相到達(dá)公共焦點(diǎn)。用旋轉(zhuǎn)拋物面作鏡面易于實(shí)現(xiàn)同相聚焦，因此，射電望遠(yuǎn)鏡天線大多是拋物面。射電望遠(yuǎn)鏡表面和一理想拋物面的均方誤差率不大于λ/16～λ/10，該望遠(yuǎn)鏡一般就能在波長(zhǎng)大于λ的射電波段上有效地工作。對(duì)米波或長(zhǎng)分米波觀測(cè)，可以用金屬網(wǎng)作鏡面；而對(duì)厘米波和毫米波觀測(cè)，則需用光滑精確的金屬板（或鍍膜）作鏡面。從天體投射來(lái)并匯集到望遠(yuǎn)鏡焦點(diǎn)的射電波，必須達(dá)到一定的功率電平，才能被接收機(jī)檢測(cè)到。目前的檢測(cè)技術(shù)水平要求最弱的電平應(yīng)達(dá)10 -20瓦。射頻信號(hào)的功率首先在焦點(diǎn)處放大10～1000倍﹐并變換成較低頻率（中頻），然后用電纜將其傳送至控制室，在那里再進(jìn)一步放大﹑檢波，最后以適于特定研究的方式進(jìn)行記錄、處理和顯示。
射電望遠(yuǎn)鏡
天線收集天體的射電輻射，接收機(jī)將這些信號(hào)加工、轉(zhuǎn)化成可供記錄、顯示的形式，終端設(shè)備把信號(hào)記錄下來(lái)，并按特定的要求進(jìn)行某些處理然后顯示出來(lái)。表征射電
望遠(yuǎn)鏡性能的基本指標(biāo)是空間分辨率和靈敏度，前者反映區(qū)分兩個(gè)天球上彼此靠近的射電點(diǎn)源的能力，后者反映探測(cè)微弱射電源的能力。射電望遠(yuǎn)鏡通常要求具有高空間分辨率和高靈敏度!
射電望遠(yuǎn)鏡
射電望遠(yuǎn)鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠(yuǎn)鏡。射電望遠(yuǎn)鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠(yuǎn)鏡，有能夠全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的類(lèi)似衛(wèi)星接收天線的射電望遠(yuǎn)鏡，有射電望遠(yuǎn)鏡陣列，還有金屬桿制成的射電望遠(yuǎn)鏡。
基本指標(biāo)
靈敏度
靈敏度是指射電望遠(yuǎn)鏡"最低可測(cè)"的能量值，這個(gè)值越低靈敏度越高。為提高靈敏度常用的辦法有降低接收機(jī)本身的固有噪聲，增大天線接收面積，延長(zhǎng)觀測(cè)積分時(shí)間等。
分辨率
分辨率指的是區(qū)分兩個(gè)彼此靠近的相同點(diǎn)源的能力﹐因?yàn)閮蓚€(gè)點(diǎn)源角距須大于天線方向圖的半功率波束寬度時(shí)方可分辨﹐故宜將射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率規(guī)定為其主方向束的半功率寬。為電波的衍射所限﹐對(duì)簡(jiǎn)單的射電望遠(yuǎn)鏡﹐它由天線孔徑的物理尺寸D 和波長(zhǎng)λ決定，即天文望遠(yuǎn)鏡的極限分辨率取決于望遠(yuǎn)鏡的口徑和觀測(cè)所用的波長(zhǎng)?？趶皆酱?，波長(zhǎng)越短，分辨率越高。由于無(wú)線電波的波長(zhǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，因此射電望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相同口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而射電望遠(yuǎn)鏡的天線又不能無(wú)限擴(kuò)大。這在射電天文學(xué)誕生的初期嚴(yán)重阻礙了射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展。
對(duì)單天線射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，天線的直徑越大分辨率越高。但是天線的直徑難于作得很大，目前單天線的最大直徑小于300米，對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的射電波段分辨率仍然很低。因此就提出了使用兩架射電望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的射電干涉儀。對(duì)射電干涉儀來(lái)說(shuō)，兩個(gè)天線的最大間距越大分辨率越高。另外，在天線的直徑或者兩天線的間距一定時(shí)，接收的無(wú)線電波長(zhǎng)越短分辨率越高。擁有高靈敏度。高分辨率的射電望遠(yuǎn)鏡，才能讓我們?cè)谏潆姴ǘ?看"到更遠(yuǎn)，更清晰的宇宙天體。
發(fā)展簡(jiǎn)史
1931年，在美國(guó)新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室里，負(fù)責(zé)專(zhuān)門(mén)搜索和鑒別電話干擾信號(hào)的美國(guó)美國(guó)無(wú)線電工程師卡爾·央斯基(Karl Guthe Jansky)發(fā)現(xiàn)：有一種每隔23小時(shí)56分04秒出現(xiàn)最大值的無(wú)線電干擾。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，他在1932年發(fā)表的文章中斷言：這是來(lái)自銀河系中射電輻射。由此，央斯基開(kāi)創(chuàng)了用射電波研究天體的新紀(jì)元。當(dāng)時(shí)他使用的是長(zhǎng)30.5米、高3.66米的旋轉(zhuǎn)天線陣，在14.6米波長(zhǎng)取得了30度寬的“扇形”方向束。此后，射電望遠(yuǎn)鏡的歷史便是不斷提高分辨率和靈敏度的歷史。
自從央斯基宣布接收到銀河系的射電信號(hào)后，美國(guó)人G·雷伯潛心試制射電望遠(yuǎn)鏡，終于在1937年制造成功。這是一架在第二次世界大戰(zhàn)以前全世界獨(dú)一無(wú)二的拋物面型射電望遠(yuǎn)鏡。它的拋物面天線直徑為9.45米，在1.87米波長(zhǎng)取得了12度的“鉛筆形”方向束，測(cè)到了太陽(yáng)以及其它一些天體發(fā)出的無(wú)線電波。1939年，G·雷伯接收到了來(lái)自銀河系中心的無(wú)線電波，并且根據(jù)觀測(cè)結(jié)果繪制了第一張射電天圖。射電天文學(xué)從此誕生。雷伯使用的這架天線是世界上第一架專(zhuān)門(mén)用于天文觀測(cè)的射電望遠(yuǎn)鏡，雷伯也被稱(chēng)為是拋物面型射電望遠(yuǎn)鏡的首創(chuàng)者。
1946年﹐英國(guó)曼徹斯特大學(xué)開(kāi)始建造直徑66.5米的固定拋物面射電望遠(yuǎn)鏡﹐1955年建成當(dāng)時(shí)世界上最大的76米直徑的可轉(zhuǎn)拋物面射電望遠(yuǎn)鏡。與此同時(shí)﹐澳﹑美﹑蘇﹑法﹑荷等國(guó)也競(jìng)相建造大小不同和形式各異的早期射電望遠(yuǎn)鏡。除了一些直徑在10米以下﹑主要用于觀測(cè)太陽(yáng)的設(shè)備外﹐還出現(xiàn)了一些直徑20～30米的拋物面望遠(yuǎn)鏡﹐發(fā)展了早期的射電干涉儀和綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。六十年代以來(lái)﹐相繼建成的有美國(guó)國(guó)立射電天文臺(tái)的42.7米﹑加拿大的45.8米﹑澳大利亞的64米全可轉(zhuǎn)拋物面﹑美國(guó)的直徑 305米固定球面﹑工作于厘米和分米波段的射電望遠(yuǎn)鏡（見(jiàn)固定球面射電望遠(yuǎn)鏡）以及一批直徑10米左右的毫米波射電望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)榭赊D(zhuǎn)拋物面天線造價(jià)昂貴﹐固定或半固定孔徑形狀（包括拋物面﹑球面﹑拋物柱面﹑拋物面截帶）的天線的技術(shù)得到發(fā)展﹐從而建成了更多的干涉儀和十字陣（見(jiàn)米爾斯十字）。
1960年，英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的馬丁·賴(lài)爾（Ryle）利用干涉的原理，發(fā)明了綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，大大提高了射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。其基本原理是：用相隔兩地的兩架射電望遠(yuǎn)鏡接收同一天體的無(wú)線電波，兩束波進(jìn)行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口徑相當(dāng)于兩地之間距離的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。賴(lài)爾因?yàn)榇隧?xiàng)發(fā)明獲得1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
射電天文技術(shù)最初的起步和發(fā)展得益于二戰(zhàn)后大批退役雷達(dá)的"軍轉(zhuǎn)民用"。射電望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)的工作方式不同，雷達(dá)是先發(fā)射無(wú)線電波再接收物體反射的回波，射電望遠(yuǎn)鏡只是被動(dòng)地接收天體發(fā)射的無(wú)線電波.。20世紀(jì)50、60年代，隨著射電技術(shù)的發(fā)展和提高，人們研究成功了射電干涉儀，甚長(zhǎng)基線干涉儀，綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡等新型的射電望遠(yuǎn)鏡射電干涉技術(shù)使人們能更有效地從噪音中提取有用的信號(hào)；甚長(zhǎng)基線干涉儀通常是相距上千公里的。幾臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡作干涉儀方式的觀測(cè)，極大地提高了分辨率。六十年代末至七十年代初﹐不僅建成了一批技術(shù)上成熟﹑有很高靈敏度和分辨率的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡﹐還發(fā)明了有極高分辨率的甚長(zhǎng)基線干涉儀這種所謂現(xiàn)代射電望遠(yuǎn)鏡。另一方面還在計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)了經(jīng)典射電望遠(yuǎn)鏡天線的設(shè)計(jì)﹐建成直徑100米的大型精密可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡（德意志聯(lián)邦共和國(guó)波恩附近。
上世紀(jì)80年代以來(lái)，歐洲的VLBI網(wǎng)﹑美國(guó)的VLBA陣﹑日本的空間VLBI相繼投入使用，這是新一代射電望遠(yuǎn)鏡的代表，它們的靈敏度﹑分辨率和觀測(cè)波段上都大大超過(guò)了以往的望遠(yuǎn)鏡。其中，美國(guó)的超?；€陣列（VLBA）由10個(gè)拋物天線組成，橫跨從夏威夷到圣科洛伊克斯8000千米的距離，其精度是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的500倍，是人眼的60萬(wàn)倍。它所達(dá)到的分辨率相當(dāng)讓一個(gè)人站在紐約看洛杉磯的報(bào)紙。
21世紀(jì)后，射電的分辨率高于其它波段幾千倍，能更清晰地揭示射電天體的內(nèi)核；綜合孔徑技術(shù)的研制成功使射電望遠(yuǎn)鏡具備了方便的成像能力，綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)于工作在射電波段的照相機(jī)。為了更加清晰的接受到宇宙的信號(hào)，科學(xué)家們建議把射電望遠(yuǎn)鏡搬到太空。
2015年02月10日，科學(xué)家正計(jì)劃從地球向宇宙發(fā)射信息，希望主動(dòng)與太陽(yáng)系其他生命取得聯(lián)系，獲取它們的信號(hào)。天文學(xué)家將通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡把信號(hào)發(fā)射到數(shù)百個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，希望獲得開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。
這個(gè)計(jì)劃由加利福尼亞州“地外智能生物搜索研究所”科學(xué)家負(fù)責(zé)。他們認(rèn)為這個(gè)計(jì)劃是人類(lèi)太空探索的重要一步。如果計(jì)劃進(jìn)展順利，距地球20光年的太空區(qū)域?qū)⑹盏竭@些信息。
2021年1月4日，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）將于2021年4月1日正式對(duì)全球科學(xué)界開(kāi)放，征集來(lái)自全球科學(xué)家的觀測(cè)申請(qǐng)。
分類(lèi)
根據(jù)天線總體結(jié)構(gòu)的不同，射電望遠(yuǎn)鏡按設(shè)計(jì)要求可以分為連續(xù)和非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡兩大類(lèi)。
連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡
主要代表是采用單盤(pán)拋物面天線的經(jīng)典式射電望遠(yuǎn)鏡。按機(jī)械裝置和驅(qū)動(dòng)方式，連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡（它通常又是非連續(xù)孔徑的基本單元）還可分為三種類(lèi)型。
全可轉(zhuǎn)型或可跟蹤型
部分可轉(zhuǎn)型
固定型
射電觀測(cè)在很寬的頻率范圍進(jìn)行，檢測(cè)和信息處理的射電技術(shù)又遠(yuǎn)較光學(xué)波段靈活多樣，所以射電望遠(yuǎn)鏡種類(lèi)繁多，還可以根據(jù)其他準(zhǔn)則分類(lèi)：諸如按接收天線的形狀可分為拋物面﹑拋物柱面﹑球面﹑拋物面截帶﹑喇叭﹑螺旋﹑行波﹑偶極天線等射電望遠(yuǎn)鏡；按方向束形狀可分為鉛筆束﹑扇束﹑多束等射電望遠(yuǎn)鏡；按工作類(lèi)型可分為全功率﹑掃頻﹑快速成像等類(lèi)射電望遠(yuǎn)鏡；按觀測(cè)目的可分為測(cè)繪﹑定位﹑定標(biāo)﹑偏振﹑頻譜﹑日象等射電望遠(yuǎn)鏡。關(guān)于非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，主要是各類(lèi)射電干涉儀。
非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡
以干涉技術(shù)為基礎(chǔ)的各種組合天線系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代產(chǎn)生了兩種新型的非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡——甚長(zhǎng)基線干涉儀和綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，前者具有極高的空間分辨率，后者能獲得清晰的射電圖像。世界上最大的可跟蹤型經(jīng)典式射電望遠(yuǎn)鏡其拋物面天線直徑長(zhǎng)達(dá)100米，安裝在德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文研究所；世界上最大的非連續(xù)孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是甚大天線陣，安裝在美國(guó)國(guó)立射電天文臺(tái)。
為了觀測(cè)弱射電源的需要，射電望遠(yuǎn)鏡必須有較大孔徑，并能對(duì)射電目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤或掃描。此外，還必須綜合考慮設(shè)備的造價(jià)和工藝上的現(xiàn)實(shí)性。
特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)
射電望遠(yuǎn)鏡與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，它既沒(méi)有高高豎起的望遠(yuǎn)鏡鏡簡(jiǎn)，也沒(méi)有物鏡，目鏡，它由天線和接收系統(tǒng)兩大部分組成。
巨大的天線是射電望遠(yuǎn)鏡最顯著的標(biāo)志，它的種類(lèi)很多，有拋物面天線，球面天線，半波偶極子天線，螺旋天線等。最常用的是拋物面天線。天線對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，就好比是它的眼睛，它的作用相當(dāng)于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中的物鏡。它要把微弱的宇宙無(wú)線電信號(hào)收集起來(lái)，然后通過(guò)一根特制的管子（波導(dǎo)）把收集到的信號(hào)傳送到接收機(jī)中去放大。接收系統(tǒng)的工作原理和普通收音機(jī)差不多，但它具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性。接收系統(tǒng)將信號(hào)放大，從噪音中分離出有用的信號(hào)，并傳給后端的計(jì)算機(jī)記錄下來(lái)。記錄的結(jié)果為許多彎曲的曲線，天文學(xué)家分析這些曲線，得到天體送來(lái)的各種宇宙信息。
觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)
中國(guó)、日本、韓國(guó)三國(guó)科學(xué)家正利用他們共同構(gòu)建的世界最大射電望遠(yuǎn)鏡陣，探測(cè)銀河系結(jié)構(gòu)、超大質(zhì)量黑洞等深空奧秘。
三國(guó)天文學(xué)界在各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)的射電天體探測(cè)網(wǎng)基礎(chǔ)上，整合了東亞地區(qū)直徑約6000公里范圍內(nèi)19臺(tái)射電天文望遠(yuǎn)鏡，覆蓋了從日本小笠原、北海道至中國(guó)烏魯木齊、昆明的廣闊地域，成為世界上最龐大的射電天文觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。如果配合日本“月亮女神”繞月衛(wèi)星上搭載的觀天設(shè)備，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡陣的直徑將會(huì)擴(kuò)展到2．4萬(wàn)公里。
東亞甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）觀測(cè)計(jì)劃中方科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員沈志強(qiáng)31日說(shuō)：“中國(guó)天文學(xué)家經(jīng)過(guò)30多年努力建成的VLBI網(wǎng)，對(duì)國(guó)際上射電天文學(xué)的研究，做出了很大的貢獻(xiàn)。我們還成功地將VLBI技術(shù)用于中國(guó)首顆繞月衛(wèi)星的測(cè)軌工作，已取得巨大成功?！?/span>
甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量是國(guó)際天文學(xué)界使用的一項(xiàng)高分辨率、高測(cè)量精度的觀測(cè)技術(shù)，用于天體的精確定位和精細(xì)結(jié)構(gòu)研究。一個(gè)完整的VLBI觀測(cè)系統(tǒng)通常由兩個(gè)以上射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)站和一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心組成。中科院VLBI觀測(cè)系統(tǒng)由上海25米直徑、北京50米直徑、昆明40米直徑和烏魯木齊25米直徑等4臺(tái)射電天文望遠(yuǎn)鏡，以及上海數(shù)據(jù)處理中心組成。
沈志強(qiáng)說(shuō)，各觀測(cè)站同時(shí)跟蹤觀測(cè)同一目標(biāo)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄或?qū)崟r(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，計(jì)算機(jī)依靠這些觀測(cè)值計(jì)算得出目標(biāo)天體的精確位置。
中國(guó)VLBI網(wǎng)三周前剛進(jìn)行了一次遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、海量存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)，利用高速互聯(lián)網(wǎng)將VLBI觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)處理中心并進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)處理，以取代傳統(tǒng)的VLBI數(shù)據(jù)郵寄方式。半個(gè)月前，包括上海和烏魯木齊兩個(gè)觀測(cè)站在內(nèi)的世界17個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)站進(jìn)行的實(shí)時(shí)接力觀測(cè)演示，也獲得成功。
東亞VLBI觀測(cè)網(wǎng)的主要工作將是完善日本射電天體探測(cè)計(jì)劃正在繪制的銀河系圖。日本科學(xué)家相信，由12臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成的日本射電天體觀測(cè)網(wǎng)，加上中國(guó)的4臺(tái)望遠(yuǎn)鏡以及韓國(guó)剛建成的3臺(tái)21米口徑望遠(yuǎn)鏡，恒星定位的精度將成倍提高。
“這一獨(dú)特的工作將幫助我們獲得關(guān)于星系結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。”日本國(guó)立天文臺(tái)電波天文學(xué)教授小林秀行在接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)。
韓國(guó)和日本科學(xué)家正在開(kāi)發(fā)一種特制的計(jì)算機(jī)，用于整合海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這套計(jì)算設(shè)備，計(jì)劃于在韓國(guó)首爾投入使用?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，東亞VLBI觀測(cè)計(jì)劃將于2010年全面展開(kāi)。
自400年前意大利人伽利略首次用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空，人類(lèi)通?？抗鈱W(xué)設(shè)備進(jìn)行天文學(xué)研究。人們后來(lái)發(fā)現(xiàn)，天體除了發(fā)出可見(jiàn)光，還發(fā)出電磁波。1932年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室工程師卡爾·央斯基偶然發(fā)現(xiàn)了來(lái)自銀河系中心的電波，射電天文學(xué)從此發(fā)端。碟狀天線一般的射電天文望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)接收天體無(wú)線電波或主動(dòng)發(fā)射電波并接收回波，確定遙遠(yuǎn)天體的形狀結(jié)構(gòu)。
典型項(xiàng)目
上海佘山65m口徑可轉(zhuǎn)動(dòng)射電天文望遠(yuǎn)鏡
2012年3月，65米口徑可轉(zhuǎn)動(dòng)射電天文望遠(yuǎn)鏡工程在上海佘山腳下緊張施工，這將是亞洲最大的該類(lèi)型射電望遠(yuǎn)鏡，總體性能在國(guó)際上處于第四位。據(jù)介紹，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡屬于中國(guó)科學(xué)院和上海市政府重大合作項(xiàng)目，已于2012年10月28日在滬啟動(dòng)。
性能參數(shù)
據(jù)了解，這臺(tái)65米的射電望遠(yuǎn)鏡是中國(guó)科學(xué)院和上海市人民政府于2008年10月底聯(lián)合立項(xiàng)的重大合作項(xiàng)目。其接收范圍覆蓋8個(gè)波段，總體性能列全球第四。
這臺(tái)65米的射電天文望遠(yuǎn)鏡如同一只靈敏的耳朵，能仔細(xì)辨別來(lái)自宇宙的射電信號(hào)。它覆蓋了從最長(zhǎng)21厘米到最短7毫米的8個(gè)接收波段，涵蓋了開(kāi)展射電天文觀測(cè)的厘米波波段和長(zhǎng)毫米波波段，是中國(guó)目前口徑最大、波段最全的一臺(tái)全方位可動(dòng)的高性能的射電望遠(yuǎn)鏡，總體性能僅次于美國(guó)的110米射電望遠(yuǎn)鏡、德國(guó)的100米射電望遠(yuǎn)鏡和意大利的64米射電望遠(yuǎn)鏡。
望遠(yuǎn)鏡采用的修正型卡塞格倫天線能在方位和俯仰兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，下方軌道上有6組共12個(gè)輪子驅(qū)動(dòng)天線的方位轉(zhuǎn)動(dòng)，上方的俯仰大齒輪控制天線的俯仰運(yùn)動(dòng)，這使得望遠(yuǎn)鏡可以以高精度指向需要觀測(cè)的天體和航天器，其最高指向精度優(yōu)于3角秒。
望遠(yuǎn)鏡的主反射面面積為3780平方米（相當(dāng)于9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)），由14圈共1008塊高精度實(shí)面板拼裝成，每塊面板單元精度達(dá)到0.1毫米，代表了國(guó)內(nèi)大尺度高精度面板設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的最高水平。
主反射面的安裝則采用了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的主動(dòng)面技術(shù)，在面板與天線背架結(jié)構(gòu)的連接處安裝有1104臺(tái)高精度促動(dòng)器，用以補(bǔ)償跟蹤觀測(cè)時(shí)重力引起的反射面變形，提高高頻觀測(cè)的天線接收效率。促動(dòng)器的單位精度可達(dá)15微米，即一根頭發(fā)絲直徑的一半左右。
望遠(yuǎn)鏡坐落的軌道由無(wú)縫焊接技術(shù)全焊接而成。這是國(guó)內(nèi)首次采用全軌道焊接技術(shù)，解決了軌道焊接變形等多項(xiàng)技術(shù)難題。
首個(gè)信號(hào)-距地球3.7萬(wàn)光年
養(yǎng)在佘山“深閨”數(shù)年的一位探索宇宙奧秘的世界級(jí)“高手”，昨天正式“出山”。不必受限于天氣的好壞，憑借它多個(gè)波段的“耳朵”，這座亞洲最大、總體性能世界第四的大型射電望遠(yuǎn)鏡，可以靈敏地“傾聽(tīng)”來(lái)自宇宙深處各類(lèi)天體發(fā)出的射電信號(hào)，進(jìn)而展開(kāi)測(cè)量和研究。
昨天下午，該望遠(yuǎn)鏡接收到了首個(gè)信號(hào)，它來(lái)自距離地球3萬(wàn)7千光年的區(qū)域。
口徑可轉(zhuǎn)動(dòng)射電天文望遠(yuǎn)鏡
為了爭(zhēng)取國(guó)際最大規(guī)模的射電望遠(yuǎn)鏡合作計(jì)劃來(lái)華，中國(guó)正在貴州省“筑巢引鳳”，建設(shè)全球最大的射電望遠(yuǎn)鏡。這是中國(guó)2007年批準(zhǔn)立項(xiàng)的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）項(xiàng)目，日前已經(jīng)在貴州省開(kāi)始基建，項(xiàng)目總投資6.27億元，建設(shè)期5年半，已于2011年3月正式開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)于2016年9月建成。建成之后不僅將成為世界第一大單口徑天文望遠(yuǎn)鏡，并將在未來(lái)20年至30年內(nèi)保持世界領(lǐng)先地位。
中科院院士、原國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)副主席葉叔華表示，F(xiàn)AST最大的技術(shù)成就是解決了球面鏡隨時(shí)變拋面鏡這一難點(diǎn)，中國(guó)是世界上首個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家。選擇貴州省，是因?yàn)橐鲆黄椒焦锎罂趶降纳潆娡h(yuǎn)鏡，估計(jì)要有30個(gè)望遠(yuǎn)鏡拼在一起。中國(guó)貴州有很多巨大的山谷，足可以放這樣一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。
科學(xué)家們自1994年提出項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃后，就苦苦搜尋、反復(fù)論證近10年，才確認(rèn)大射電望遠(yuǎn)鏡FAST探測(cè)基地落戶在貴州省平塘縣一片名為大窩凼的喀斯特洼地?！按蟾C凼不僅具有一個(gè)天然的洼地可以架設(shè)望遠(yuǎn)鏡，而且喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下滲透，而不在表面淤積，腐蝕和損壞望遠(yuǎn)鏡”，F(xiàn)AST工程辦公室副主任張海燕說(shuō)。這里是喀斯特地貌所特有的一大片漏斗天坑群——它就像一個(gè)天然的“巨碗”，剛好盛起望遠(yuǎn)鏡如30個(gè)足球場(chǎng)面積大的巨型反射面，望遠(yuǎn)鏡建成后，將會(huì)填滿這個(gè)山谷。
由于望遠(yuǎn)鏡坐落于“大窩凼”凹坑內(nèi)，所以非常適合觀測(cè)。另外，大射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)雖然不受天氣陰晴影響，但在選址中對(duì)無(wú)線電環(huán)境要求很高。調(diào)頻電臺(tái)、電視、手機(jī)以及其他無(wú)線電數(shù)據(jù)的傳輸都會(huì)對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)造成干擾，就好像在交頭接耳的會(huì)議上無(wú)法聽(tīng)清發(fā)言者講話一樣。大射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目要求，臺(tái)址半徑5公里之內(nèi)必須保持寧?kù)o，電磁環(huán)境不受干擾。
張海燕說(shuō)，大窩凼附近沒(méi)有集鎮(zhèn)和工廠，在5公里半徑之內(nèi)沒(méi)有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，25公里半徑之內(nèi)只有一個(gè)縣城，是最為理想的選址。有了FAST，邊遠(yuǎn)閉塞的喀斯特山區(qū)將變成世人矚目的國(guó)際天文學(xué)術(shù)中心，成為把貴州展現(xiàn)給世界的新窗口。
中國(guó)為建超級(jí)天文望遠(yuǎn)鏡，將搬遷近萬(wàn)名當(dāng)?shù)鼐用?。中?guó)官方報(bào)道說(shuō)，當(dāng)?shù)卣呀?jīng)著手搬遷事宜，提出對(duì)搬遷居民經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和住房幫助。報(bào)道透露，貴州省水庫(kù)和生態(tài)移民局按照每人1.2萬(wàn)元標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)助；貴州省民宗委按照每戶1萬(wàn)元標(biāo)準(zhǔn)對(duì)少數(shù)民族住房困難戶進(jìn)行補(bǔ)助。
7月3日，位于中國(guó)貴州省內(nèi)的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），順利安裝最后一塊反射面單元，標(biāo)志著FAST主體工程完工，進(jìn)入測(cè)試調(diào)試階段。FAST主動(dòng)反射面由4450塊反射面板單元組成，面積約25萬(wàn)平米，近30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小，用于反射無(wú)線電波。據(jù)介紹，F(xiàn)AST旨在實(shí)現(xiàn)大天區(qū)面積、高精度的天文觀測(cè)，其科學(xué)目標(biāo)包括巡視宇宙中的中性氫、觀測(cè)脈沖星、探測(cè)星際分子、搜索可能的星際通訊信號(hào)等，其應(yīng)用目標(biāo)是在日地環(huán)境研究、搜尋地外文明、國(guó)防建設(shè)和國(guó)家安全等國(guó)家重大需求方面發(fā)揮作用。
其他項(xiàng)目
當(dāng)代先進(jìn)射電望遠(yuǎn)鏡有：以德意志聯(lián)邦共和國(guó)100米望遠(yuǎn)鏡為代表的大﹑中型厘米波可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；以美國(guó)國(guó)立射電天文臺(tái)﹑瑞典翁薩拉天文臺(tái)和日本東京天文臺(tái)的設(shè)備為代表的毫米波射電望遠(yuǎn)鏡；以即將完成的美國(guó)甚大天線陣。
重要功能
探測(cè)遙遠(yuǎn)的“地外文明”
這座巨大的望遠(yuǎn)鏡外形與衛(wèi)星天線相似，單口徑500米，猶如一只巨大的“天眼”，將探測(cè)遙遠(yuǎn)、神秘的“地外文明”。千百年來(lái)人類(lèi)大多是通過(guò)可見(jiàn)光波段觀測(cè)宇宙。事實(shí)上，天體的輻射覆蓋整個(gè)電磁波段，而可見(jiàn)光只是其中人類(lèi)可以感知的一部分。
該射電望遠(yuǎn)鏡可以用來(lái)監(jiān)聽(tīng)外太空的宇宙射電波，其中包括可能來(lái)自其他智能生命的“人工電波”；在電力充足的條件下，這只巨大的“天眼”還能發(fā)送電波信號(hào)，幾萬(wàn)光年遠(yuǎn)的“外星朋友”將有可能收到來(lái)自中國(guó)的問(wèn)候。
可尋找第一代誕生的天體
其能用一年時(shí)間發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律。而且無(wú)需依賴(lài)模型精確測(cè)定黑洞質(zhì)量就可以有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)；可以通過(guò)精確測(cè)定脈沖星到達(dá)時(shí)間來(lái)檢測(cè)引力波；還可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實(shí)現(xiàn)銀河系外第一個(gè)甲醇超脈澤的觀測(cè)突破。
FAST還將把中國(guó)空間測(cè)控能力由地球同步軌道延伸至太陽(yáng)系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。脈沖星計(jì)時(shí)陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。
同時(shí)，可以進(jìn)行高分辨率微波巡視，以1Hz的分辨率診斷識(shí)別微弱的空間訊號(hào)，作為被動(dòng)戰(zhàn)略雷達(dá)為國(guó)家安全服務(wù)。還可跟蹤探測(cè)日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報(bào)。
帶動(dòng)中國(guó)制造技術(shù)發(fā)展
FAST研究涉及了眾多高科技領(lǐng)域，如天線制造、高精度定位與測(cè)量、高品質(zhì)無(wú)線電接收機(jī)、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理等。FAST關(guān)鍵技術(shù)成果可應(yīng)用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量、大型工業(yè)機(jī)器人研制以及多波束雷達(dá)裝置等。FAST的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)將對(duì)中國(guó)制造技術(shù)向信息化、極限化和綠色化的方向發(fā)展產(chǎn)生影響。
65米射電望遠(yuǎn)鏡作為我國(guó)乃至世界上一臺(tái)主干觀測(cè)設(shè)備，將在射電天文、天文地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中取得一流的科學(xué)成果，將執(zhí)行探月工程三期的VLBI測(cè)定軌和定位任務(wù)，以及我國(guó)未來(lái)月球和火星探測(cè)等各項(xiàng)深空探測(cè)任務(wù)，同時(shí)用于射電天文觀測(cè)等多項(xiàng)科學(xué)研究。它作為一個(gè)單元參加中國(guó)VLBI網(wǎng)，將使其靈敏度提高42%。參加歐洲VLBI網(wǎng)，將使其靈敏度提高15%—35%。作為東亞VLBI網(wǎng)中口徑最大的天線，它將起到主導(dǎo)作用。此外，該望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)一步提升我國(guó)深空測(cè)定軌能力，為嫦娥探月工程和更長(zhǎng)遠(yuǎn)的深空探測(cè)等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求服務(wù)。
未來(lái)展望
把造價(jià)和效能結(jié)合起來(lái)考慮，今后直徑100米那樣的大射電望遠(yuǎn)鏡大概只能有少量增加，而單個(gè)中等孔徑厘米波射電望遠(yuǎn)鏡的用途越來(lái)越少。主要單拋物面天線將更普遍地并入或擴(kuò)大為甚長(zhǎng)基線﹑連線干涉儀和綜合孔徑系統(tǒng)工作。隨著設(shè)計(jì)﹑工藝和校準(zhǔn)技術(shù)的改進(jìn)﹐將會(huì)有更多﹑更精密的毫米波望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)。綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡會(huì)得到發(fā)展以期獲得更大的空間﹑時(shí)間和頻率覆蓋。甚長(zhǎng)基線干涉系統(tǒng)除了增加數(shù)量外，預(yù)期最終將能利用定點(diǎn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，把綜合孔徑技術(shù)同甚長(zhǎng)基線獨(dú)立本振干涉儀技術(shù)結(jié)合起來(lái)的甚長(zhǎng)基線干涉儀網(wǎng)和干涉儀陣的試驗(yàn)，很可能孕育出新一代的射電望遠(yuǎn)鏡。
您見(jiàn)過(guò)口徑達(dá)到500米，“塞滿”整個(gè)山谷的望遠(yuǎn)鏡嗎？這就是世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——已于2008年12月底在我國(guó)正式開(kāi)工建設(shè)的、相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)大的FAST望遠(yuǎn)鏡。
FAST設(shè)計(jì)綜合體現(xiàn)了我國(guó)高技術(shù)創(chuàng)新能力，代表了我國(guó)天文科學(xué)領(lǐng)域先進(jìn)水平，并將在未來(lái)20年至30年內(nèi)保持世界領(lǐng)先地位。
射電望遠(yuǎn)鏡搜尋外星人的巨無(wú)霸
記者：我們知道天文望遠(yuǎn)鏡是非常重要的，通過(guò)它，科學(xué)家可以獲取大量的天文信息，目前我國(guó)正在建造世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡，請(qǐng)問(wèn)南老師，這種射電望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)做什么的？
南仁東：在眾多的用途中，也許公眾比較感興趣的領(lǐng)域是用來(lái)搜尋地外文明。地球之外的眾多星體中是否還有高等文明的存在，是所有人都想知道的，也是在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的情況下，擺在科學(xué)家面前的一個(gè)重大的課題。
那么，探尋有無(wú)高等文明的存在靠什么？我們知道，天體之間的距離是非常遙遠(yuǎn)的，人馬座的比鄰星是除太陽(yáng)外離地球最近的一顆恒星，距離地球4.27光年，所以我們不可能發(fā)射一種能夠直接到達(dá)的探測(cè)器去探索它們。
而現(xiàn)代電子技術(shù)、無(wú)線電通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為天文學(xué)家們搜尋地外文明提供了一種好辦法——利用射電波即無(wú)線電波尋找地外文明。一旦在遙遠(yuǎn)的某個(gè)恒星上有理性社會(huì)及文明存在的話，他們的活動(dòng)所產(chǎn)生的無(wú)線電波（電磁波的一種）就會(huì)自覺(jué)不自覺(jué)地向外發(fā)送，并很可能會(huì)傳到地球。如果我們?cè)诘厍蛏辖⒘诉@種電磁波的接收裝置，就可能接收到外星射電波，從而獲得地外文明存在的信息。
記者：這確實(shí)令人興奮。那么我國(guó)這個(gè)名為FAST的、世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡將會(huì)在搜尋地外文明中起到重要作用？
南仁東：是的，F(xiàn)AST是球面狀的、孔徑達(dá)500米的射電望遠(yuǎn)鏡，即Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope的英文縮略字頭，建成之后將成為世界最大射電望遠(yuǎn)鏡，成為搜尋地外文明最有效的利器。由于星球間的距離太遠(yuǎn)，電磁波信息會(huì)混雜在宇宙空間的各種輻射波中，以至于到達(dá)地球以后都將非常的弱（除非信號(hào)是定向發(fā)送給我們的），微弱的信號(hào)可能如同夾雜在雷聲中的蟬鳴，如果接收設(shè)備不先進(jìn)的話，很容易遺漏或難以分辨。所以，天文學(xué)家需要一個(gè)巨大的“耳朵”，這就是巨型射電望遠(yuǎn)鏡，它可以收集極遙遠(yuǎn)的物體資料，而搜尋地外文明是射電望遠(yuǎn)鏡的重要任務(wù)之一。
9月30日，隨著長(zhǎng)度3.5千米的10千伏高壓線纜通過(guò)耐壓測(cè)試、變電站設(shè)備調(diào)試完成，中科院國(guó)家天文臺(tái)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)FAST）項(xiàng)目綜合布線工程完成，具備供電條件，這標(biāo)志著“天眼”的神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)成型，F(xiàn)AST工程進(jìn)入最后的沖刺階段。
世界上著名射電望遠(yuǎn)鏡
- 位于美國(guó)新墨西哥州沙漠中的甚大天線陣（VLA），由27面架設(shè)在鐵軌上的口徑25米的天線組成，排列成Y字形。
- 阿塔卡瑪大型毫米波天線陣。（ALMA）
- 日本的VSOP，利用日本HALCA衛(wèi)星攜帶的8米射電望遠(yuǎn)鏡與地面上的射電望遠(yuǎn)鏡組成干涉儀。
- 德國(guó)的埃菲爾斯伯格射電望遠(yuǎn)鏡，口徑100米。
- 位于美國(guó)西弗吉尼亞州坡卡洪塔縣綠岸的綠堤望遠(yuǎn)鏡，天線尺寸為100米x110米。
- 中國(guó)上海佘山天文臺(tái)的65米射電望遠(yuǎn)鏡。
- 中國(guó)北京市密云縣密云水庫(kù)北岸國(guó)家天文臺(tái)，50米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。
- 中國(guó)貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩氹洼地的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）
- 日本野邊山宇宙電波觀測(cè)所的45米射電望遠(yuǎn)鏡和野邊山毫米波陣列。
- 位于法國(guó)南賽Nan?ay觀測(cè)站，1964年建成。
- 籌建中的平方千米陣。（SKA）
參閱
- Astropulse
- 射電天文學(xué)
- 望遠(yuǎn)鏡類(lèi)型列表
- 望遠(yuǎn)鏡
參考資料
[1]
“中國(guó)天眼”射電望遠(yuǎn)鏡4月1日正式對(duì)全球科學(xué)界開(kāi)放_(tái)科技湃_澎湃新聞-The Paper · 澎湃新聞-The Paper[引用日期2021-01-04]
[2]
非洲將建首座毫米波段射電望遠(yuǎn)鏡 · 光明網(wǎng)[引用日期2022-02-07]
[3]
全球規(guī)模最大！稻城太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡主體完工 ? · 今日頭條-四川觀察[引用日期2022-11-13]
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中國(guó)“天眼”建成后，曾經(jīng)世界第一射電望遠(yuǎn)鏡，淪落成“垃圾場(chǎng)”
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解讀天眼射電望遠(yuǎn)鏡，它和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡有啥區(qū)別？ 誰(shuí)的功能更強(qiáng)大
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60年代，世界各國(guó)出現(xiàn)了各式各樣的射電望遠(yuǎn)鏡|國(guó)家記憶
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為什么射電望遠(yuǎn)鏡，能看到15億光年之外的東西呢？
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