除了贵州那台世界最大的射电望远镜,你还需要了解这些

2016-09-27 10:31:02     作者:恒亮      来源:雷锋网

世界各国的射电望远镜 。

据新华社消息,由我国自主研发建造的世界最大单口径、最高灵敏度射电望远镜(FAST)于9月25日全面竣工并投入使用。

据了解,这台位于贵州省黔南州山区的射电望远镜由4450块三角形接收面板拼装而成,口径达到500米,总面接收积有30个足球场那么大。能接收137亿光年以外的电磁信号,误差不超过1毫米。是目前世界上单口径最大的射电望远镜。

作为专门探测地球以外天体发射的电磁波的专用设备,射电望远镜对外太空和天文学的研究和发展一直发挥着至关重要的作用。因此,除了我国之外,世界上其他国家和地区也都建设了各式各样的射电望远镜或射电望远镜的阵列。雷锋网(搜索“雷锋网”公众号关注)在这里为大家作了一个盘点,看看外国那些著名的射电望远镜究竟长什么样。

 美国 Arecibo 射电望远镜

在中国FAST建成之前,世界最大的单口径射电望远镜就是位于美国波多黎各阿雷西博天文台的Arecibo射电望远镜。该望远镜的初建直径达到305米,后扩建为350米,由史丹佛国际研究中心、国家科学基金会与康奈尔大学共同管理。

Arecibo于1974年建成投入使用,当时为了庆祝建造完成,工作人员用Arecibo向距离地球25,000光年的球状星团M13发送了一串电磁信号,后被称为Arecibo信息。该信息包含了人类常用的10进制数字、DNA结构图示、人类外形和太阳系组成等。

 德国 Effelsberg 射电望远镜

在美国 Arecibo 建成之前,于1972年8月正式建成投入使用的德国波恩 Effelsberg 射电望远镜是当时世界上最大的可转动抛物面射电望远镜。Effelsberg直径达到100米,隶属于麦克斯威尔·普朗克射电天文研究所,可观测90厘米—3.5毫米的射电波辐射。

 美国 Green Bank 射电望远镜

位于美国弗吉尼亚州绿岸(Green Bank)镇的Green Bank 射电望远镜于2002年建成投入使用,隶属于美国国家射电天文台。据悉,Green Bank望远镜的直径也为100米,反射面积达到了9000多平方米,相当于一个标准的美式足球场大小,同时精度可以分辨百万分之一瓦特的电磁信号,相当于一片雪花飘落到地面上释放的能量。

值得一提的是,由于Green Bank望远镜的存在,使得来到该镇的天文爱好者和当地民众不得不停用手机和其他无线设备,甚至包括微波炉在内的电磁家电也被明令禁止。由此绿岸镇也被称为“美国最安静的小镇”。

 法国 Nancay 射电望远镜

Nancay 射电望远镜位于法国首度巴黎近郊,于1964年正式建成,由戴高乐总统当年亲自奠基。与传统球面弧形单口径的射电望远镜相比,Nancay的与众不同之处在于,它由两个相对而立的网状连接金属杆阵列构成,其中一个阵列高200米,宽40米,另一个高300米,款35米,遇到极端天气可以倾斜,射电波被两个阵列接收并经过干涉处理后将传输到两个接收器中间的数据中心。

 美国 VLA 阵列

位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大天线阵(Very Large Array,VLA)是世界上最大的综合孔径射电望远镜阵列,由27台25米口径的接收器构成。每个接收器重达230吨,高2124米,被架设在铁轨上,可以根据不同接收任务排列成不同形状。该接收阵列隶属于美国国家射电天文台,于1973年开始施工建设,1980年正式建成投入使用。VLA可以工作于6个不同波段,最高分辨率可以达到0.05角秒(即一度的六十分之一)。

天文学家们凭借VLA做出了一些列的重大发现,例如银河系内的微类星体、遥远星系周围的爱因斯坦环、伽玛射线暴的射电波段对应体等等。

 日本野边山射电波观测站

野边山射电波观测站位于日本长野县南牧村,海拔1350米,是日本国家天文台设在日本阿尔卑斯山脉的一个分支机构。该观测站具有三套设备:一台45米口径的毫米波单一天线射电望远镜,由6座10米口径射电望远镜组成的毫米波观测阵列,以及由84个小型接收天线组成的太阳光观测阵列(图示为84个小型接收天线)。

 澳洲射电望远镜阵列

澳洲新南威尔士纳拉布里镇西边25公里,排列着澳大利亚保罗怀尔德天文台的澳大利亚望远镜致密阵列(Australia Telescope Compact Array,ATCA)。该阵列由6台22米口径的同型号射电接收器组成,每台重达270吨。像美国VLA一样,每台接收器都被安装在铁轨上,可以根据需要排列成不同的角度和形状。其中的五架接收器可以在长3公里的轨道上自由移动,而第六架位于3公长的主铁轨的最西端。

除了独立完成太空观测任务之外,ATCA还能与澳洲帕克斯天文台的64米口径望远镜,以及新南威尔士库纳巴拉班莫拉天文台的单一22米口径蝶形接收器协同工作,组成一个超长基线干涉的观测阵列,其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。

 VLBA 和 EVN 射电观测网络

在上述单一口径射电望远镜和各种阵列之外,通过类似于澳洲ATCA采用的长基线干涉技术,美国和欧洲的天文工作者还分别组建了 VLBA 和 EVN 射电观测网络。

其中VLBA是指甚长基线阵列(Very Long Baseline Array,VLBA),由位于美国国家射电天文台阵列操作中心遥控,分散在美国多个地区的10架射电望远镜共同组成,这些25米口径的观测器被分散在美国夏威夷、加利福尼亚、亚利桑那和华盛顿特区等多个州,他们通过长基线干涉技术形成了一个最大长度可达8611公里的超大型观测阵列。

VLBI是指超长极限干涉(Very Long Baseline Interferometry),EVN 是欧洲的 VNBI 网络(European VLBI Network),也就是欧洲各国通过长基线干涉技术组成的一个射电观测网络,不过发展到现在该网络的观测成员已经不单是欧洲,连美国的 VLBA 和我国的许多太空观测站也加入了 EVN。

例如,隶属于中国科学院的云南天文台40米射电望远镜于2009年6月加入了 EVN 联合观测网络。并在随后与德国Effelsberg 100米口径射电望远镜进行了干涉试验,成功获取了相关干涉波形。此外,同样隶属于中国科学院的上海佘山天文台也曾与 EVN 联合进行过观测试验。

 总结

天文望远镜的观测口径决定了其分辨率,越大的口径就能够获得越多的可用数据,但单一口径又无法做到无限大,当前中国贵州的500米口径FAST已经是世界最大的了。在这种现实条件下,分布在各个国家和地区越来越多的观测站已经展开了频繁的国际合作,他们利用长基线干涉技术连接不同地域的观测点,形成了一个相当于两地之间距离的单口径射电望远镜,从而大大提升了射电波的观测效果。因此,在太空探测和开发领域,除了建设好自己的基础设施之外,敞开大门,大力开展跨地区的国际合作才是未来的发展趋势。

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