1932年,贝尔电话实验室的一位工程师卡尔·央斯基在寻找无线电静电的来源时,探测到一个持续的噪声,它来自天空中的一个区域。事实证明,其来源是银河系核心的一些宇宙活动。光学望远镜无法穿透阻碍性的气体和尘埃云。但央斯基的无线电却能听到正在发生的事情。
从那时起,天文学家们就证实,了解深空的最佳方式往往是调频收听它的沙沙声。为此,人们花费了数亿美元用于制造越来越雄心勃勃的设备。例如,1963年建在波多黎各阿雷西博的射电望远镜,横跨一个小山谷,长达1000英尺。利用它,天文学家们倾听了被烧毁的恒星残骸的快速旋转,并发现了一个不可思议的行星家族,它们宁静地围绕着其中一颗恒星运行。日本政府最近将一台射电望远镜送入了太空,明年美国宇航局将发射另一颗卫星来研究宇宙大爆炸时遗留下来的短波无线电波。
尽管如此,没有任何望远镜比1980年完工的甚大阵列(Very Large Array)更能激发敬畏之情。它的27个射电碟,每个直径82英尺,像一组废弃的外星飞船一样排列在新墨西哥州的沙漠中。一系列的计算机和电子连接将它们融合成一个巨大的望远镜,横跨22英里。这庞大的群体,简称VLA,沿着铁轨移动,形成不同的阵列配置,以适应科学家的需求。
该阵列可以将微弱的无线电信号转化为壮观的图像。与光波不同,无线电波的波长足够长——对于本文中的图像来说,大约从一英寸到一码——可以轻松地跨越星际碎屑。而光主要来自恒星,无线电波却源自各种宇宙扰动。通过传统望远镜观察,M87星系发出的光只显示出模糊的一团星光。新的VLA图像揭示了从该星系中心喷射出的双束气体,形成了一个20万光年宽的带电气体胎盘。这些射流起源于星系中心的一个紧凑天体,很可能是一个重达30亿个太阳质量的黑洞。
对于这项仍处于婴儿时期的技术来说,几乎每一次发现都令人惊喜。就在最近,一个由10个匹配的望远镜组成的甚长基线阵列(Very Long Baseline Array)——它们被连接起来形成一个有效宽度为5000英里的仪器——却让研究人员震惊地得知,宇宙比以前认为的要小和年轻。他们只能继续调频收听,看看接下来会发生什么。
时间线
无线电先驱 贝尔实验室的工程师卡尔·央斯基通过前后扫描他的旋转无线电探测器,发现了第一个深空无线电信号。
新视野 格罗特·雷伯,一位在伊利诺斯州工作的无线电工程师,利用业余时间建造了世界上第一台真正的射电望远镜,并在1941年完成了对无线电天空的粗略勘测。
超级巨星 1054年,一次超新星爆炸创造了扭曲的蟹状星云。中心是一个密集、快速旋转的恒星残骸,每秒发出30次无线电闪光。
明亮的灯光 类星体和射电星系是20世纪60年代初由射电望远镜发现的,是已知最稳定发光的物体。它们很可能由落入黑洞的气体驱动。
全局图 COBE卫星于1989年发射,将微波研究带入太空,并证实宇宙起源于一次炽热的火球。
多重银河系 可见光只是观察宇宙的一种方式。下面每一条带都显示了我们银河系的平面在电磁频谱的不同部分,揭示了独特的信息。无线电连续体来自炽热、带电的气体。原子氢发射来自温暖的气体。分子氢存在于寒冷的云团中,那里正在形成恒星。远红外线突出了尘埃颗粒,而近红外线主要来自低质量恒星。可见光主要来自类日恒星。紫外线被星际垃圾严重遮挡。X射线来自高能气体。伽马射线出现在高速亚原子粒子与星际氢碰撞的地方。
银河系中心 甚大阵列捕获的无线电波揭示了银河系中心一个动态的场景。被称为人马座A*的显著搅动气体团标记着我们银河系的精确中心,并可能包含一个巨大的黑洞。在其上方和左侧是充满炽热新生恒星的星云。圆形的团块是超新星爆炸的残骸,它们喷射出氧、碳和氮——生命的化学元素。整个图像大约有四度宽,是满月宽度的八倍。同一区域的光学照片看不到这些细节,因为中间的气体和尘埃云阻挡了视线。
建设性干扰 射电望远镜需要很大,因为无线电波比光波长得多,但建造一个直径超过几百英尺的天线非常困难。因此,天文学家将来自相距很远的天线的信号组合起来,实际上创建了一个与它们之间距离一样大的单一仪器。这项技术被称为干涉测量。迎面而来的无线电波会同步到达两个天线。如果波稍微偏离轴线,它们就会不同步,从而部分或完全抵消。然后,计算机将计算出源的确切位置。射电望远镜可以连接到大陆,或与太空中的伴随仪器连接,以创建横跨数千英里的探测器。这些设备可以提供比哈勃太空望远镜锐利一百倍的图像。
雷达揭秘 一些射电望远镜,如波多黎各的阿雷西博和加利福尼亚的戈德斯通,既可以发送也可以接收无线电波。这些仪器的雷达信号可以绘制出小行星的有意义的地图,这些小行星在普通望远镜中看起来只是光点。这张图像显示了去年2月99JM8小行星在飞掠地球时,这颗直径两英里的小行星被撞击的表面。
延时爆炸 1993年,一颗恒星在附近的M81星系爆炸,以每秒数千英里的速度向外喷射出一团炽热的放射性气体。甚长基线阵列的巨大分辨率使得天文学家能够观察到不规则的气体壳层如何膨胀到星际介质中。
双面星系 在可见光图像中,室女座的巨型星系M87看起来相当普通。甚大阵列收集到的长达一码的无线电波揭示了该星系隐藏的个性。中心的一个黑洞射出高速的带电亚原子粒子流,这些粒子膨胀直到撞击来自星系外部的落入物质。相距遥远的、连接的天线对主喷流的内部区域进行了放大。
移动阵列 VLA的望远镜可以以大约每小时五英里的速度在它们的铁轨上移动。天文学家会提前数月或数年安排他们的观测,具体取决于他们需要使用的天线配置。
终极探索者 1000英尺高的阿雷西博望远镜(见上文最近升级期间)是世界上最大的单碟天线。它固定在地面上,但可以通过移动一个悬挂的、信号收集的圆顶来微调其观测方向。除了传统的 यासाठी外,阿雷西博还用于搜索来自可能的外星文明的信号。位于西弗吉尼亚州的330英尺高的格林班克望远镜(左侧)将是世界上最大、完全可转向的射电望远镜,将于明年完工。其不寻常的设计消除了通常会阻挡部分入射无线电波的支撑结构。
突破极限 位于夏威夷冒纳凯阿山顶的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜观测的射线比无线电波短但比红外线长。电磁频谱的这个很少被探索的区域是观测年轻恒星周围形成的行星或被尘埃遮蔽的遥远星系的绝佳地点。
相关网站:有关网络上射电天文学的全面介绍,请访问美国国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory)的主页,网址为www.nrao.edu/intro/。
以不同类型辐射显示的银河系图像来自各种来源。大多数可以在网上找到,网址为adc.gsfc.nasa.gov/mw/milkyway.html。紫外线图像由加州大学伯克利分校(www.cea.berkeley.edu/)的极紫外天体物理学中心euve项目提供。














