射電望遠鏡
發(fā)布時間:2013/11/9 19:38:30 訪問次數(shù):2084
射電望遠鏡是個嚴重的近視患者,AP431SRG-7如果兩個點隔得太近,即使它們發(fā)射的無線電波強度不一樣,在射電望遠鏡看來也是模糊的一團,不分彼此。這個現(xiàn)象是由于它所觀測的電波波長造成的。如果忽略電波的波動性,~個拋物面的反射鏡能把平面電波匯聚到一個無窮小的點上,這樣射電望遠鏡就可以拍攝非帶高分辨率的照圈19波長越長,衍射越厲害片。而實際上,任何波都有衍射現(xiàn)象,這使得我們無法把一束電波匯聚到一個點上。當電波通過一個比自己的波長大很多的障礙物時,衍射現(xiàn)象并不明顯;但是當電波波長和障礙物的尺寸相當時,衍射現(xiàn)象就圖20美國Haystack天文臺為大中學生設計的一種超小型射電望遠鏡非常明顯了,圖18展示了這一現(xiàn)象。
紅色激光通過兩塊刀片的細縫時會發(fā)生衍射,使得原本一個很小的激光光斑變成了一個很大的光斑(中央光斑)。且細縫越窄,這個光斑越大。射電望遠鏡的反射鏡面對于入射的電波來說也是一個障礙物,所以匯聚后的電波也是一個有面積的斑,而不是一個無窮小的點。反射鏡面越小(相當于細縫越窄),則匯聚后的斑點尺寸越大。另外一個決定光斑大小的因素是波長。波長越長則光斑越大。如圖19所示,通過同樣寬度的細縫,紅色激光(波長約為635nm)的光斑就比綠色激光(波長約為532nm)的要大?偠灾瓷溏R的尺寸和所觀測電波的波長這兩個因素決定了射電望遠鏡的分辨率。因為它所觀測的無線電波波長可以從數(shù)厘米到數(shù)米,所以人們需要建造非常大的反射鏡才能夠盡量減少衍射所帶來的分辨率低的問題。即使如此,龐大的射電塑遠鏡還是近視得厲害,如直徑100m射電望遠鏡Green Bank Telescope在觀察21cm波段的無線電波時,即使用來看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一點發(fā)出的電波經(jīng)過望遠鏡匯聚成像后,都成了很大一塊光斑。
怎么辦呢?建造更大的射電望遠鏡嗎?不。聰明的物理學家們想出了更好的法子。那就是用很多個小型的射電望遠鏡組成一個陣列,來觀察同一個目標,然后把這些小望遠鏡的信號疊加在一起形成干涉。比如我們可以在相隔1000m的地方放置兩架小射電望遠鏡,讓它們觀測同一個目標,并將觀測得到的電波信號用傳輸線送到一起,疊加起來,最終得到的結(jié)果幾乎等效于一個反射鏡直徑為lOOOm的射電望遠鏡的分辨率。通過這樣的方式,射電望遠鏡的分辨率大大提高,我們就能夠用無線電波看到更加清晰的宇宙圖景了。
我們能否像DIY光學望遠鏡那樣,DIY一個射電望遠鏡呢?看起來這是個不可能完成的任務,但實際上并非如此。世界上有許多業(yè)余的射電望遠鏡愛好者,利用廢舊的電視衛(wèi)星接收天線(小鍋天線),組裝自己的射電望遠鏡。感興趣的讀者可以參考下面這個網(wǎng)頁(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。這是美國Haystack射電天文臺為大中學生設計的一種超小型射電望遠鏡(Very Small Radio Telescope,見圖20),利用兩個電視小鍋天線組裝成一個小型射電望遠鏡干涉系統(tǒng),可以進行太陽直徑的測量等有趣的業(yè)余射電天文研究。讀者如果親手嘗試必定獲益匪淺。
從光學天文望遠鏡,到紅外望遠鏡、射電望遠鏡(觀察無線電波)、×光望遠鏡,它們?yōu)槲覀冋故玖瞬煌ǘ嗡男强盏牟煌畔,描繪了一個更加絢麗多彩的宇宙。
射電望遠鏡是個嚴重的近視患者,AP431SRG-7如果兩個點隔得太近,即使它們發(fā)射的無線電波強度不一樣,在射電望遠鏡看來也是模糊的一團,不分彼此。這個現(xiàn)象是由于它所觀測的電波波長造成的。如果忽略電波的波動性,~個拋物面的反射鏡能把平面電波匯聚到一個無窮小的點上,這樣射電望遠鏡就可以拍攝非帶高分辨率的照圈19波長越長,衍射越厲害片。而實際上,任何波都有衍射現(xiàn)象,這使得我們無法把一束電波匯聚到一個點上。當電波通過一個比自己的波長大很多的障礙物時,衍射現(xiàn)象并不明顯;但是當電波波長和障礙物的尺寸相當時,衍射現(xiàn)象就圖20美國Haystack天文臺為大中學生設計的一種超小型射電望遠鏡非常明顯了,圖18展示了這一現(xiàn)象。
紅色激光通過兩塊刀片的細縫時會發(fā)生衍射,使得原本一個很小的激光光斑變成了一個很大的光斑(中央光斑)。且細縫越窄,這個光斑越大。射電望遠鏡的反射鏡面對于入射的電波來說也是一個障礙物,所以匯聚后的電波也是一個有面積的斑,而不是一個無窮小的點。反射鏡面越小(相當于細縫越窄),則匯聚后的斑點尺寸越大。另外一個決定光斑大小的因素是波長。波長越長則光斑越大。如圖19所示,通過同樣寬度的細縫,紅色激光(波長約為635nm)的光斑就比綠色激光(波長約為532nm)的要大?偠灾,反射鏡的尺寸和所觀測電波的波長這兩個因素決定了射電望遠鏡的分辨率。因為它所觀測的無線電波波長可以從數(shù)厘米到數(shù)米,所以人們需要建造非常大的反射鏡才能夠盡量減少衍射所帶來的分辨率低的問題。即使如此,龐大的射電塑遠鏡還是近視得厲害,如直徑100m射電望遠鏡Green Bank Telescope在觀察21cm波段的無線電波時,即使用來看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一點發(fā)出的電波經(jīng)過望遠鏡匯聚成像后,都成了很大一塊光斑。
怎么辦呢?建造更大的射電望遠鏡嗎?不。聰明的物理學家們想出了更好的法子。那就是用很多個小型的射電望遠鏡組成一個陣列,來觀察同一個目標,然后把這些小望遠鏡的信號疊加在一起形成干涉。比如我們可以在相隔1000m的地方放置兩架小射電望遠鏡,讓它們觀測同一個目標,并將觀測得到的電波信號用傳輸線送到一起,疊加起來,最終得到的結(jié)果幾乎等效于一個反射鏡直徑為lOOOm的射電望遠鏡的分辨率。通過這樣的方式,射電望遠鏡的分辨率大大提高,我們就能夠用無線電波看到更加清晰的宇宙圖景了。
我們能否像DIY光學望遠鏡那樣,DIY一個射電望遠鏡呢?看起來這是個不可能完成的任務,但實際上并非如此。世界上有許多業(yè)余的射電望遠鏡愛好者,利用廢舊的電視衛(wèi)星接收天線(小鍋天線),組裝自己的射電望遠鏡。感興趣的讀者可以參考下面這個網(wǎng)頁(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。這是美國Haystack射電天文臺為大中學生設計的一種超小型射電望遠鏡(Very Small Radio Telescope,見圖20),利用兩個電視小鍋天線組裝成一個小型射電望遠鏡干涉系統(tǒng),可以進行太陽直徑的測量等有趣的業(yè)余射電天文研究。讀者如果親手嘗試必定獲益匪淺。
從光學天文望遠鏡,到紅外望遠鏡、射電望遠鏡(觀察無線電波)、×光望遠鏡,它們?yōu)槲覀冋故玖瞬煌ǘ嗡男强盏牟煌畔,描繪了一個更加絢麗多彩的宇宙。
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