射电望远镜
发布时间:2013/11/9 19:38:30 访问次数:2068
射电望远镜是个严重的近视患者,AP431SRG-7如果两个点隔得太近,即使它们发射的无线电波强度不一样,在射电望远镜看来也是模糊的一团,不分彼此。这个现象是由于它所观测的电波波长造成的。如果忽略电波的波动性,~个抛物面的反射镜能把平面电波汇聚到一个无穷小的点上,这样射电望远镜就可以拍摄非带高分辨率的照圈19波长越长,衍射越厉害片。而实际上,任何波都有衍射现象,这使得我们无法把一束电波汇聚到一个点上。当电波通过一个比自己的波长大很多的障碍物时,衍射现象并不明显;但是当电波波长和障碍物的尺寸相当时,衍射现象就图20美国Haystack天文台为大中学生设计的一种超小型射电望远镜非常明显了,图18展示了这一现象。
红色激光通过两块刀片的细缝时会发生衍射,使得原本一个很小的激光光斑变成了一个很大的光斑(中央光斑)。且细缝越窄,这个光斑越大。射电望远镜的反射镜面对于入射的电波来说也是一个障碍物,所以汇聚后的电波也是一个有面积的斑,而不是一个无穷小的点。反射镜面越小(相当于细缝越窄),则汇聚后的斑点尺寸越大。另外一个决定光斑大小的因素是波长。波长越长则光斑越大。如图19所示,通过同样宽度的细缝,红色激光(波长约为635nm)的光斑就比绿色激光(波长约为532nm)的要大。总而言之,反射镜的尺寸和所观测电波的波长这两个因素决定了射电望远镜的分辨率。因为它所观测的无线电波波长可以从数厘米到数米,所以人们需要建造非常大的反射镜才能够尽量减少衍射所带来的分辨率低的问题。即使如此,庞大的射电塑远镜还是近视得厉害,如直径100m射电望远镜Green Bank Telescope在观察21cm波段的无线电波时,即使用来看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一点发出的电波经过望远镜汇聚成像后,都成了很大一块光斑。
怎么办呢?建造更大的射电望远镜吗?不。聪明的物理学家们想出了更好的法子。那就是用很多个小型的射电望远镜组成一个阵列,来观察同一个目标,然后把这些小望远镜的信号叠加在一起形成干涉。比如我们可以在相隔1000m的地方放置两架小射电望远镜,让它们观测同一个目标,并将观测得到的电波信号用传输线送到一起,叠加起来,最终得到的结果几乎等效于一个反射镜直径为lOOOm的射电望远镜的分辨率。通过这样的方式,射电望远镜的分辨率大大提高,我们就能够用无线电波看到更加清晰的宇宙图景了。
我们能否像DIY光学望远镜那样,DIY一个射电望远镜呢?看起来这是个不可能完成的任务,但实际上并非如此。世界上有许多业余的射电望远镜爱好者,利用废旧的电视卫星接收天线(小锅天线),组装自己的射电望远镜。感兴趣的读者可以参考下面这个网页(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。这是美国Haystack射电天文台为大中学生设计的一种超小型射电望远镜(Very Small Radio Telescope,见图20),利用两个电视小锅天线组装成一个小型射电望远镜干涉系统,可以进行太阳直径的测量等有趣的业余射电天文研究。读者如果亲手尝试必定获益匪浅。
从光学天文望远镜,到红外望远镜、射电望远镜(观察无线电波)、×光望远镜,它们为我们展示了不同波段所包含的星空的不同信息,描绘了一个更加绚丽多彩的宇宙。
射电望远镜是个严重的近视患者,AP431SRG-7如果两个点隔得太近,即使它们发射的无线电波强度不一样,在射电望远镜看来也是模糊的一团,不分彼此。这个现象是由于它所观测的电波波长造成的。如果忽略电波的波动性,~个抛物面的反射镜能把平面电波汇聚到一个无穷小的点上,这样射电望远镜就可以拍摄非带高分辨率的照圈19波长越长,衍射越厉害片。而实际上,任何波都有衍射现象,这使得我们无法把一束电波汇聚到一个点上。当电波通过一个比自己的波长大很多的障碍物时,衍射现象并不明显;但是当电波波长和障碍物的尺寸相当时,衍射现象就图20美国Haystack天文台为大中学生设计的一种超小型射电望远镜非常明显了,图18展示了这一现象。
红色激光通过两块刀片的细缝时会发生衍射,使得原本一个很小的激光光斑变成了一个很大的光斑(中央光斑)。且细缝越窄,这个光斑越大。射电望远镜的反射镜面对于入射的电波来说也是一个障碍物,所以汇聚后的电波也是一个有面积的斑,而不是一个无穷小的点。反射镜面越小(相当于细缝越窄),则汇聚后的斑点尺寸越大。另外一个决定光斑大小的因素是波长。波长越长则光斑越大。如图19所示,通过同样宽度的细缝,红色激光(波长约为635nm)的光斑就比绿色激光(波长约为532nm)的要大。总而言之,反射镜的尺寸和所观测电波的波长这两个因素决定了射电望远镜的分辨率。因为它所观测的无线电波波长可以从数厘米到数米,所以人们需要建造非常大的反射镜才能够尽量减少衍射所带来的分辨率低的问题。即使如此,庞大的射电塑远镜还是近视得厉害,如直径100m射电望远镜Green Bank Telescope在观察21cm波段的无线电波时,即使用来看月亮,也是模糊不清的,月亮上每一点发出的电波经过望远镜汇聚成像后,都成了很大一块光斑。
怎么办呢?建造更大的射电望远镜吗?不。聪明的物理学家们想出了更好的法子。那就是用很多个小型的射电望远镜组成一个阵列,来观察同一个目标,然后把这些小望远镜的信号叠加在一起形成干涉。比如我们可以在相隔1000m的地方放置两架小射电望远镜,让它们观测同一个目标,并将观测得到的电波信号用传输线送到一起,叠加起来,最终得到的结果几乎等效于一个反射镜直径为lOOOm的射电望远镜的分辨率。通过这样的方式,射电望远镜的分辨率大大提高,我们就能够用无线电波看到更加清晰的宇宙图景了。
我们能否像DIY光学望远镜那样,DIY一个射电望远镜呢?看起来这是个不可能完成的任务,但实际上并非如此。世界上有许多业余的射电望远镜爱好者,利用废旧的电视卫星接收天线(小锅天线),组装自己的射电望远镜。感兴趣的读者可以参考下面这个网页(haystack.mit.edu/edu/undergradNSRT/index+html)。这是美国Haystack射电天文台为大中学生设计的一种超小型射电望远镜(Very Small Radio Telescope,见图20),利用两个电视小锅天线组装成一个小型射电望远镜干涉系统,可以进行太阳直径的测量等有趣的业余射电天文研究。读者如果亲手尝试必定获益匪浅。
从光学天文望远镜,到红外望远镜、射电望远镜(观察无线电波)、×光望远镜,它们为我们展示了不同波段所包含的星空的不同信息,描绘了一个更加绚丽多彩的宇宙。
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