射电天文望远镜及其发展

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1  引  言第二次世界大战结束后，射电天文学脱颖而出，射电天文望远镜为射电天文学的发展起了关键作用，比如：六十年代天文学的四大发现，类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射，都是用射电天文望远镜观测得到的。随后，世界各国争相建造各种类型的射电天文望远镜，尤其是大型抛物面射电天文望远镜。射电天文望远镜的每一次长足的进步都会毫无例外地为射电天文学的发展树立一个里程碑。2  射电天文望远镜的性能及种类射电天文望远镜是观测和研究来自天体的射电波的基本设备。可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量，射电天文望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的望远镜镜筒，也没有物镜、目镜，通常由天线、接收机和终端设备三部分构成。天线收集天体的射电辐射，接收机将这些信号加工，转化成可供记录、显示的形式，终端设备把信号记录下来，并按特定的要求进行某些处理然后显示出来。射电天文望远镜的原理与卫星电视天线接收器的原理大同小异，它通过接收来自遥远天体的电磁辐射信号，分析其强度，频谱和偏振来进行研究。2.1  射电天文望远镜的性能特点射电天文望远镜主要有两个表征其性能的基本指标——空间分辨率和灵敏度：空间分辨率反映区分两个天球上彼此靠近的射电点源的能力，灵敏度反映探测微弱射电源的能力。射电天文望远镜通常要求具有高空间分辨率和高灵敏度。射电天文望远镜最大的特点是，不怕下雨、不怕风雪，几乎不受天气状况和空气污染的影响，即便是在风雨交加的时节，射电天文望远镜也依然能够完成自己的使命。天线对射电天文望远镜来说，就好比是它的眼睛，其作用相当于光学望远镜中的物镜，它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波导）把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多曲线，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。射电望远镜 radio telescope 探测天体射电辐射的基本设备。可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。通常 ，由天线 、接收机和终端设备3部分构成。天线收集天体的射电辐射，接收机将这些信号加工、转化成可供记录、显示的形式，终端设备把信号记录下来，并按特定的要求进行某些处理然后显示出来。表征射电望远镜性能的基本指标是空间分辨率和灵敏度，前者反映区分两个天球上彼此靠近的射电点源的能力，后者反映探测微弱射电源的能力。射电望远镜通常要求具有高空间分辨率和高灵敏度。根据天线总体结构的不同，射电望远镜可分为连续孔径和非连续孔径两大类，前者的主要代表是采用单盘抛物面天线的经典式射电望远镜，后者是以干涉技术为基础的各种组合天线系统。20世纪60年代产生了两种新型的非连续孔径射电望远镜——甚长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜，前者具有极高的空间分辨率，后者能获得清晰的射电图像 。世界上最大的可跟踪型经典式射电望远镜其抛物面天线直径长达100米 ， 安装在德国马克斯·普朗克射电天文研究所 ；世界上最大的非连续孔径射电望远镜是甚大天线阵，安装在美国国立射电天文台。（历史简介）1931年，在美国新泽西州的贝尔实验室里，负责专门搜索和鉴别电话干扰信号的美国人KG·杨斯基发现：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰。经过仔细分析，他在1932年发表的文章中断言：这是来自银河中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元。当时他使用的是长30.5米、高3.66米的旋转天线阵，在14.6米波长取得了30度宽的 “扇形”方向束。此后，射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度的历史。自从杨斯基宣布接收到银河的射电信号后，美国人G·雷伯潜心试制射电望远镜，终于在1937年制造成功。这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为9.45米，在1.87米波长取得了12度的 “铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其它一些天体发出的无线电波。因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。射电望远镜是观测和研究来自天体的射电波的基本设备，它包括：收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录，处理和显示系统等等。射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相信，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚集。因此，射电望远镜的天线大多是抛物面。射电观测是在很宽的频率范围内进行，检测和信息处理的射电技术又较光学波希灵活多样，所以，射电望远镜种类更多，分类方法多种多样。例如按接收天线的形状可分为抛物面、抛物柱面、球面、抛物面截带、喇、螺旋 、行波、天线等射电望远镜；按方向束形状可分为铅笔束、扇束、多束等射电望远镜；按观测目的可分为测绘、定位、定标、偏振、频谱、日象等射电望远镜；按工作类型又可分为全功率、扫频、快速成像等类型的射电望远镜。