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无线电波可以帮助我们更好的了解宇宙

2019年10月01日 文章来源:网络整理 热度:56℃ 作者:刘英

(文章来源:百家号)
       人类用肉眼能看到的可见光感知宇宙。然而,对于宇宙来说,还有比我们利用可见光看到的更多的东西,这些可见光来自恒星、行星、星云和星系。宇宙中的这些物体和事件也会释放出其他形式的辐射,包括无线电辐射。这些自然信号填补了宇宙中一个重要的部分,即宇宙中的物体是如何以及为什么会像它们那样运行的。

无线电波是电磁波(光),但我们看不见。它们的波长在1毫米(千分之一米)到100公里(一公里等于1000米)之间。就频率而言,这相当于300吉赫兹(1吉赫兹等于10亿赫兹)和3千赫兹。赫兹是常用的频率测量单位。一赫兹等于一个频率周期。所以,一个1赫兹的信号是每秒一个周期。大多数宇宙物体每秒发射数百到数十亿个周期的信号。

人们经常把“无线电”发射与人们能听到的东西混淆。这很大程度上是因为我们使用无线电进行通信和娱乐。但是,人类不会“听到”来自宇宙物体的无线电频率。我们的耳朵可以感知20赫兹到16000赫兹(16千赫)的频率。大多数宇宙物体的发射频率都是兆赫,远高于耳朵听到的频率。这就是为什么射电天文学(包含X射线、紫外线和红外线)经常被认为揭示了一个我们既看不着也听不见的“不可见”宇宙。

无线电波通常由宇宙中的高能天和活动发射。太阳是地球以外最近的无线电发射源。木星也会发出无线电波,土星也会发出无线电波。太阳系外和银河系外最强大的无线电发射源之一来自活动星系(Agn)。这些动态天体的核心是超大质量黑洞。此外,这些黑洞将产生巨大的物质喷流,这些物质会随着无线电发射而发光。在无线电频率上,它们往往能超过整个星系。

无线电波可以帮助我们更好的了解宇宙

脉冲星,或旋转的中子星,也是无线电波的强大来源。当大质量恒星以超新星的形式毁灭过程中,就会诞生这些强大而稠密的物体。在极限密度方面,它们仅次于黑洞。由于强大的磁场和快速的旋转速度,这些物体发射出广谱的辐射,它们在无线电中特别“耀眼”。像超大质量黑洞一样,强大的射电射流是由磁极或旋转的中子星发出的。

许多脉冲星因为它们的强无线电发射,被称为“无线电脉冲星”。事实上,来自费米伽马射线太空望远镜的数据显示了一种新的脉冲星,这种脉冲星在伽马射线中最强,而不是更常见的无线电。它们诞生过程是一样的,但是它们的射线告诉我们更多关于每种物体所涉及的能量。超新星残骸本身可能是无线电波特别强的发射器。蟹状星云以其无线电信号而闻名,文学家乔斯林贝尔(JocelynBell)是通过研究无线电信号确定它的存在。

射电天文学是研究空间中发射无线电频率的物体和过程。迄今为止检测到的每一个源头都是自然发生的。在地球上,这些辐射是由射电望远镜收集的。这些是大型仪器,因为探测器面积必须大于可探测波长。由于无线电波可以大于一米(有时大得多),所以范围通常超过几米(有时30英尺宽或更大)。一些波长可以像山一样大,因此天文学家们已经建造了一个扩展的射电望远镜阵列。

与波的大小相比,收集区域越大,射电望远镜的角分辨率就越好。(角分辨率是指成像系统或系统的一个部件的分辨能力。即成像系统或系统元件能有差别地区分开两相邻物体最小间距的能力。)由于无线电波可以有很长的波长,标准射电望远镜需要非常大才能获得任何精度。但是,由于建造体育场大小的射电望远镜成本高昂(特别是如果你想让它们有任何转向能力的话),需要另一种技术来达到预期的效果。

无线电干涉测量是在20世纪40年代中期发展起来的,它的目标是实现高精度的坐标角分辨率,这种分辨率可以从非常大的蝶形天线中获得,而且不需要花费任何费用。天文学家通过使用多个相互平行的蝶形探测器来实现这一点。每个人和其他人在同一时间研究同一个对象。

这些望远镜协同工作,有效地起到了一个巨大望远镜的作用,其大小相当于整个探测器组的大小。例如,非常大的基线阵列具有相距 8,000 英里的探测器。理想情况下,一组不同间隔距离的射电望远镜将协同工作,以优化收集区域的有效大小,并提高仪器的分辨率。

随着先进通信和定时技术的发明,人们已经可以使用彼此相距很远的望远镜(从全球各地的不同点,甚至在地球轨道上)。这项技术被称为甚长基线干涉测量(VLBI),它显著提高了单个射电望远镜的性能,并帮助研究人员探测宇宙中一些最有活力的天体。

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