射電望遠(yuǎn)鏡
發(fā)布時(shí)間:2013/11/9 19:38:30 訪問次數(shù):2073
射電望遠(yuǎn)鏡是個(gè)嚴(yán)重的近視患者,AP431SRG-7如果兩個(gè)點(diǎn)隔得太近,即使它們發(fā)射的無線電波強(qiáng)度不一樣,在射電望遠(yuǎn)鏡看來也是模糊的一團(tuán),不分彼此。這個(gè)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(dòng)性,~個(gè)拋物面的反射鏡能把平面電波匯聚到一個(gè)無窮小的點(diǎn)上,這樣射電望遠(yuǎn)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(shí)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(gè)點(diǎn)上。當(dāng)電波通過一個(gè)比自己的波長大很多的障礙物時(shí),衍射現(xiàn)象并不明顯;但是當(dāng)電波波長和障礙物的尺寸相當(dāng)時(shí),衍射現(xiàn)象就圖20美國Haystack天文臺(tái)為大中學(xué)生設(shè)計(jì)的一種超小型射電望遠(yuǎn)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(xì)縫時(shí)會(huì)發(fā)生衍射,使得原本一個(gè)很小的激光光斑變成了一個(gè)很大的光斑(中央光斑)。且細(xì)縫越窄,這個(gè)光斑越大。射電望遠(yuǎn)鏡的反射鏡面對于入射的電波來說也是一個(gè)障礙物,所以匯聚后的電波也是一個(gè)有面積的斑,而不是一個(gè)無窮小的點(diǎn)。反射鏡面越。ㄏ喈(dāng)于細(xì)縫越窄),則匯聚后的斑點(diǎn)尺寸越大。另外一個(gè)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(xì)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(gè)因素決定了射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。因?yàn)樗^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(yuǎn)鏡還是近視得厲害,如直徑100m射電望遠(yuǎn)鏡Green Bank Telescope在觀察21cm波段的無線電波時(shí),即使用來看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一點(diǎn)發(fā)出的電波經(jīng)過望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡嗎?不。聰明的物理學(xué)家們想出了更好的法子。那就是用很多個(gè)小型的射電望遠(yuǎn)鏡組成一個(gè)陣列,來觀察同一個(gè)目標(biāo),然后把這些小望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡,讓它們觀測同一個(gè)目標(biāo),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(gè)反射鏡直徑為lOOOm的射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。通過這樣的方式,射電望遠(yuǎn)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(xué)望遠(yuǎn)鏡那樣,DIY一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡呢?看起來這是個(gè)不可能完成的任務(wù),但實(shí)際上并非如此。世界上有許多業(yè)余的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。感興趣的讀者可以參考下面這個(gè)網(wǎng)頁(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。這是美國Haystack射電天文臺(tái)為大中學(xué)生設(shè)計(jì)的一種超小型射電望遠(yuǎn)鏡(Very Small Radio Telescope,見圖20),利用兩個(gè)電視小鍋天線組裝成一個(gè)小型射電望遠(yuǎn)鏡干涉系統(tǒng),可以進(jìn)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(xué)天文望遠(yuǎn)鏡,到紅外望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡(觀察無線電波)、×光望遠(yuǎn)鏡,它們?yōu)槲覀冋故玖瞬煌ǘ嗡男强盏牟煌畔,描繪了一個(gè)更加絢麗多彩的宇宙。
射電望遠(yuǎn)鏡是個(gè)嚴(yán)重的近視患者,AP431SRG-7如果兩個(gè)點(diǎn)隔得太近,即使它們發(fā)射的無線電波強(qiáng)度不一樣,在射電望遠(yuǎn)鏡看來也是模糊的一團(tuán),不分彼此。這個(gè)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(dòng)性,~個(gè)拋物面的反射鏡能把平面電波匯聚到一個(gè)無窮小的點(diǎn)上,這樣射電望遠(yuǎn)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(shí)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(gè)點(diǎn)上。當(dāng)電波通過一個(gè)比自己的波長大很多的障礙物時(shí),衍射現(xiàn)象并不明顯;但是當(dāng)電波波長和障礙物的尺寸相當(dāng)時(shí),衍射現(xiàn)象就圖20美國Haystack天文臺(tái)為大中學(xué)生設(shè)計(jì)的一種超小型射電望遠(yuǎn)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(xì)縫時(shí)會(huì)發(fā)生衍射,使得原本一個(gè)很小的激光光斑變成了一個(gè)很大的光斑(中央光斑)。且細(xì)縫越窄,這個(gè)光斑越大。射電望遠(yuǎn)鏡的反射鏡面對于入射的電波來說也是一個(gè)障礙物,所以匯聚后的電波也是一個(gè)有面積的斑,而不是一個(gè)無窮小的點(diǎn)。反射鏡面越小(相當(dāng)于細(xì)縫越窄),則匯聚后的斑點(diǎn)尺寸越大。另外一個(gè)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(xì)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(gè)因素決定了射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。因?yàn)樗^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(yuǎn)鏡還是近視得厲害,如直徑100m射電望遠(yuǎn)鏡Green Bank Telescope在觀察21cm波段的無線電波時(shí),即使用來看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一點(diǎn)發(fā)出的電波經(jīng)過望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡嗎?不。聰明的物理學(xué)家們想出了更好的法子。那就是用很多個(gè)小型的射電望遠(yuǎn)鏡組成一個(gè)陣列,來觀察同一個(gè)目標(biāo),然后把這些小望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡,讓它們觀測同一個(gè)目標(biāo),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(gè)反射鏡直徑為lOOOm的射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。通過這樣的方式,射電望遠(yuǎn)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(xué)望遠(yuǎn)鏡那樣,DIY一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡呢?看起來這是個(gè)不可能完成的任務(wù),但實(shí)際上并非如此。世界上有許多業(yè)余的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。感興趣的讀者可以參考下面這個(gè)網(wǎng)頁(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。這是美國Haystack射電天文臺(tái)為大中學(xué)生設(shè)計(jì)的一種超小型射電望遠(yuǎn)鏡(Very Small Radio Telescope,見圖20),利用兩個(gè)電視小鍋天線組裝成一個(gè)小型射電望遠(yuǎn)鏡干涉系統(tǒng),可以進(jìn)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(xué)天文望遠(yuǎn)鏡,到紅外望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡(觀察無線電波)、×光望遠(yuǎn)鏡,它們?yōu)槲覀冋故玖瞬煌ǘ嗡男强盏牟煌畔ⅲ枥L了一個(gè)更加絢麗多彩的宇宙。
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