走近亚洲最大射电望远镜

我们赖以生存的地球,仅是太阳系行星的九分之一;太阳系又是在银河系中极其微小的存在;而在茫茫宇宙中,银河系更加显得渺小而微不足道……这就是宇宙,所有时间和空间的集合体。她之浩瀚远远超乎你的想象,她的神秘驱使着人类用尽不同科学的方法孜孜不倦地探索。走近她,我们或许能寻找外星生命的蛛丝马迹,也只有走近她,我们才能知道自己的过去与未来。

11月初,由省科协和浙报集团主办,浙江日报、省科技馆和果壳网承办的“科学+在现场”活动,走进中国科学院上海天文台佘山新建观测站,近距离接触上海65米射电望远镜,这座将在明年年初投入使用的全球第四大射电望远镜,会带来一片怎样的星空?

捕捉不发光的星星

两个黑黑的小孔,一根长长的管子,这头是你的眼睛,那头便是无垠星空……如果你认为望远镜都是这样的,那就错了。

车到佘山,一个庞然大物毫不保留它的壮观:四根白色钢筋围城立体三角的底座,架起一个直径65米的圆“锅”,远远望去,像极了电视接收塔。可就是这座高70米、很少有人能够靠近的“塔”,历经不到3年的建设,将在2013年初投入前期试运行,在同等类型射电望远镜中将成为亚洲第一、世界第四大射电望远镜。

全世界的射电望远镜,在外观上如出一辙。它将以一种怎样的姿态仰望星空?这得从浩瀚的宇宙说起。

夜晚,我们之所以能用肉眼看到星星,是因为天体发出可见的光。而实际上,宇宙中千千万万的天体,并不单一发射光波,也发射不同波长的电磁波。如何看见这些不发光的星星?

20世纪30年代,射电天文学的研究渐渐开启。光学天文望远镜诞生的300多年后,射电望远镜应运而生。

“射电望远镜的概念从光学望远镜引申而来,它的观察能力不在我们所熟知的可见光范围之内,而是接收来自不同天体的无线电信号。”上海65米望远镜建设项目总工程师范庆元研究员指着眼前的庞然大物说。能发射无线电信号天体被称作射电源,它们源源不断地向地面发送极其微弱无线电波,通过射电望远镜才能捕捉。

太空一览无遗

这台射电望远镜的观察范围能有多大?“整个太空。”上海天文台佘山站站长林清说。

在口径65米的望远镜下方,有一个圆形直径42米的轨道,通过它,望远镜可以360°自如旋转,俯仰在5°至89°任意姿态工作,这就意味着,整个天空都能一览无遗。

我们充满好奇,它能看多远?其实射电望远镜如同光学望远镜一样,简单用远近距离来表达不十分确切,最重要的还是与发光亮度、物体大小有关。林清指了指围起佘山天文台的墙面,“如果在墙下放一个西瓜和一个苹果,从我们这个角度看,它们的大小是一样的。”

射电望远镜包罗太空万象,以佘山天文台的这座射电望远镜为例,观察到100多亿光年以外的天体也不在话下。范庆元研究员说,射电望远镜口径越大,接收微弱信号的灵敏度就越高,分辨率也越高。目前,就有各种各样的天线组阵、甚长基线干涉测量技术(VLBI),组成超大等效口径,在射电天文学研究领域得到广泛应用。

“试想一下,在地球的两端各放置一个射电望远镜,等效口径就地球一般大。如果把一台望远镜放到人造卫星上,等效口径就更大,就叫做空间VLBI。”范庆元说。

这并非天方夜谭。上海天文台已开展空间VLBI方面的前期预研,而在美国、日本、俄罗斯等国家,科学家甚至把射电望远镜通过卫星带上了6万至7万公里高的太空轨道上,它与地面上的射电望远镜相互感应,一个跨越空间的望远镜就此诞生。

有了这种自由组合的功能,射电望远镜的分辨率远远超过普通的光学望远镜。在美国,超常基线阵列(VLBA)由10个抛物天线组成,横跨从夏威夷到圣科洛伊克斯8000千米的距离,其精度是哈勃太空望远镜的500倍,是人眼的60万倍。它所达到的分辨率相当让一个人站在纽约看洛杉矶的报纸。

探索一马当先

问世70多年来,射电望远镜一直都被委以重任。上世纪60年代,射电望远镜参与其中的“四大发现”——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子都曾受到诺奖青睐。

上海65米射电望远镜采用主动面等关键技术,综合性能仅次于美国的110米射电望远镜、德国的100米射电望远镜和意大利的64米射电望远镜。正在空中运行的“嫦娥二号”卫星将飞跃4179号小行星,今年12月初离地球近300万公里,信号将非常微弱,上海65米射电望远镜参加VLBI测定轨任务将发挥重大作用。

最令科学家们兴奋的是,这台射电望远镜的建成,必将为我国开展天体测量和天体物理带来新进展,帮助科学家探索恒星起源与未来。

不仅如此。在这台射电望远镜“出炉”之前,国内就有乌鲁木齐、昆明和北京密云、佘山站4台射电望远镜,组成我国探月工程甚长基线干涉测量组阵(VLBI),圆满完成嫦娥一、二号VLBI测定轨任务。你也许难以想象,未来我国深空任务中它将发挥多大的作用。

大气层的射电窗口,在浩瀚宇宙中只是沧海一粟。但人类还是不断地用自己的奇思妙想,透过它,去看,去听。未来会是什么样,仰望星空,或许能找到答案。


浙江在线-浙江日报 毛晨怡 嵇敏 陈宁





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