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科普发明擂台ldquo天眼rd [复制链接]

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当我们仰望星空的时候,会看到一闪一闪的满天繁星。我们所在的银河系,有大约亿颗星星,在银河系之外,还有亿个银河系这般规模的星系。不过,我们能看到的,只是离地球近在咫尺的一小部分,绝大多数星星都在我们的视野之外。

这些星星发出各种各样的电磁波,我们的眼睛能接收到的,只是其中的一种,叫作可见光。而电磁波是个大家族:伽马射线、X射线、紫外线、红外线、微波、无线电波,等等。除可见光以外的电磁波只能依靠特殊的望远镜来观测,并且进一步被转换成我们能看到的图像。

射电波

光里含有无数小颗粒,叫作“光子”,光子具有一定的能量。可见光的光子能量说高不高,说低也不低,在电磁波里算是中等。紫外线的光子能量稍高一点,在烈日炎炎的夏天,它能晒伤我们的皮肤。光子的能量再高一些,就能形成X射线,它可以穿透人的身体。比X射线能量还高的是伽马射线,它是星体爆发时发出的。

如果电磁波的光子能量比可见光小呢?稍小一点的是红外线,虽然看不见它,但我们常常可以在生活中感受到红外线散发的热量。光子能量最小的电磁波是无线电波,在天文学上叫射电波。

射电波往往来自宇宙中最神奇的地方——极冷的、极古老的致密星体。宇宙中有些鲜为人知的秘密,只藏身于眼睛看不到的射电波中。

射电天文学的开路者

射电天文学的开创者并不是一位天文学家。年,位于美国新泽西州的贝尔实验室——就是用电话的发明者亚历山大·贝尔命名的那家实验室——正在研发世界上第一套横跨大西洋的电话系统。当工程师进行调试的时候,电话另一头总是传来一阵阵“嘶嘶”的声音。他们以为这些噪声是线路故障引起的,于是派卡尔·詹斯基去查明原因。詹斯基很快就发现,这些嘶嘶声总是伴随着银河系中心的运动节律出现或消失,他认为,这些扰乱通话的嘶嘶声,正是银河系中心发出的射电波。

这是人类第一次捕捉到宇宙中的射电波。詹斯基不曾料到,他无意间开启了一个崭新的研究领域,人们即将看到以往不可见的宇宙。

受詹斯基的启发,美国天文学家格罗特·雷伯在自家后院建造了一台射电望远镜。雷伯用这台望远镜巡视夜空,寻找宇宙中的射电波。根据收集到的数据,他绘制出世界上第一幅“射电天图”。

{图:卡尔·詹斯基}图注:射电天文学的开创者卡尔·詹斯基站在一排天线旁边,这排天线,就是他用来检测宇宙中射电波的大功臣

{图:射电天图}图注:美国天文学家格罗特·雷伯绘制的射电天图

射电望远镜怎么用

如今,世界上已经建成了很多射电望远镜。它们有一个共同的特点,就是体积都非常庞大。比如,位于美国西弗吉尼亚州的格林·班克望远镜口径多米,最负盛名的阿雷西博望远镜位于波多黎各的丛林里,口径足有多米。它们的模样像一口巨大的锅,但工作原理跟常见的望远镜非常接近。

常见的望远镜属于光学望远镜,像一个长长的筒。使用时,需要先对准一个点,比如说一颗星星。来自这颗星星的光接触到镜面或镜头时,会改变传播方向,弹到另一个镜面或镜头,最终进入我们的眼睛。

如果把射电望远镜对准宇宙中的一个星体,来自这个星体的光同样在望远镜的表面发生反射或折射,最终进入“接收器”。射电望远镜的表面相当于光学望远镜的镜面或镜头,接收器相当于我们的眼睛,它可以“看到”射电波,然后绘制出一张图像,告诉我们射电波的能量有多高,来自哪个方向。

{图:格林·班克望远镜}图注:格林·班克望远镜

{图:阿雷西博望远镜}图注:阿雷西博望远镜

用射电望远镜的视角看宇宙

射电望远镜能让我们看到很多稀奇古怪的现象。在眼睛看来暗淡无光的广袤空间,在射电望远镜看来却“光芒万丈”。

比如,它可以让我们更好地认识我们身处的太阳系。借助射电望远镜,我们能看见天王星、海王星周围旋转的气流,还有木星南北极的极光。如果向水星发射出射电波,然后在地球上等着它反射回来,我们甚至可以绘制出精确度堪比谷歌地图的水星地图。

把眼光放得再远一点,去看看黑洞吧!黑洞的引力极大,任何物体一旦靠近,就会被它吞噬,哪怕是速度极快的光也无法逃脱。物体被黑洞吸进去的时候,先是绕着黑洞呈螺旋状旋转,并且越转越快。这个过程会辐射出大量电磁波。射电望远镜可以捕捉到其中的一部分,从而为黑洞“拍照”。

射电望远镜还有望为我们揭开宇宙中最大的谜团——暗能量。宇宙每时每刻都在膨胀,而且膨胀的速度越来越快,这背后的原因就是暗能量。暗能量是一股与引力相反的力量——不是使物体互相吸引,而是互相远离。但暗能量的作用到底有多大?通过观测巨微波激射,射电望远镜可以回答这个问题。巨微波激射类似于激光,但它发出的不是我们常见的红光或绿光,而是射电波。

{图:黑洞辐射}图注:拥有超大质量黑洞的星体中心可以发射大量辐射,其中一部分能被射电望远镜捕捉

国之重器,中国“天眼”

现在,中国也有了自己的射电望远镜。它坐落在贵州省的喀斯特洼坑中,名叫FAST(米口径球面射电望远镜,Five-hundred-meterApertureSphericalRadioTelescope),是目前世界上单口径最大的射电望远镜。

年7月3日,FAST的最后一块反射面面板成功吊装,主体工程顺利完工。年9月25日,FAST落成启用,睁开“天眼”,开始接收来自宇宙深处的射电波。

年10月10日,中国科学院国家天文台召开发布会,宣布确认FAST发现2颗新脉冲星,距离地球分别约4光年和1.6万光年,这是FAST的首秀,向世界展现了不俗的实力。

{图:FAST图}图注:我国的米口径球面射电望远镜

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