白丝 在线 洞开寰宇不雅测“新姿势” 射电千里镜发展之路①
发布日期：2024-08-29 02:30 点击次数：70
射电千里镜（Radio Telescope）是指不雅测和商量来自天体射电波的基本开导白丝 在线，不错测量天体射电的强度、频谱及偏振等目的，包括汇集射电波的天线、放大射电信号的高灵巧度继承机以及信息措置、纪录和显现系统等。20世纪60年代天体裁取得的四项额外膺惩的发现：脉冲星、类星体、寰宇微波布景辐射和星际有机分子，都与射电千里镜相干。接下来就随从咱们一王人，了解下射电千里镜那些事儿吧~
射电千里镜的发源
在好多东说念主看来，射电千里镜不外便是一口“大锅”赶走。其实，射电千里镜并不一建都长得像锅，1931年，射电天体裁始祖、好意思国着名无线电工程师与天体裁家央斯基（Karl Guthe Jansky）研制了一台由天线和继承机构成的开导，其外形神似“旋转木马”，被称为“旋转木马”射电千里镜。央斯基诳骗这台射电千里镜发现了星河系中心的射电辐射，标识着射电天体裁的出身。
图1 央斯基和他的射电千里镜[1]
手脚天文千里镜的一种，射电千里镜是捕捉寰宇中电磁波信息的膺惩器具，几十年来它资格了从小口径到大口径、从米波段到毫米波段、从单天线到多天线、从大地到天际的发展流程。
图2 天文千里镜发展
大型射电千里镜的主要体式
除了射电天文不雅测以外，有不少大型射电千里镜还应用于深空探伤限制，由于深空探伤器距离远处，到达大地的信号额外轻细，下行灵验载荷的科学数据继承、测控信号的收发以及轨说念的测量与追踪都需要诳骗大型射电千里镜来完结。
左证不同的不雅测认识和责任频段的需要，大型射电千里镜的“锅”具有各式不同的体式，主要的有旋转抛物面天线、抛物柱面天线和球面天线等。
旋转抛物面是大型全可动射电千里镜中应用最多的体式，不错获取较高的天线效用和接近全天区的空间不雅测规模，但由于在进行追踪不雅测时需要通盘这个词天线都跟着认识源动弹，是以对不雅测频段的进步和天线口径的加多也受到了工程极限的扫尾，现在旋转抛物面射电千里镜的最大口径仍局限在百米量级。旋转抛物面射电千里镜汇注信号的基愉快趣与汽车车灯安设诳骗抛物面辐射平行光的旨趣相通，二者均诳骗了抛物面能将平行光汇注到少量的几何特色。
图3 汽车车灯安设诳骗抛物面辐射平行光（左）与抛物面射电千里镜汇注信号（右）
寰宇上第一台专用抛物面射电千里镜当属雷伯射电千里镜。这台射电千里镜口径9.6m，责任波长领先在1.87m，翻新后为0.6m，收受了一些木质结构，总重约两吨。1941年，雷伯用这台千里镜进行了东说念主类第一次射电巡天，发现了天鹅座、仙后座和东说念主马座中的3个强射电源，获取了东说念主类历史上第一幅星河系射电天图。
图4 雷伯射电千里镜（左）偏握复成品（右）[2]
抛物柱面天线效用较低，一般应用于低频或寥落需求的景色，举例天籁技俩顶用于暗能量射电探伤的阵列即使用了抛物柱面天线。
图5 中国新疆天籁抛物柱面天线阵
球面天线由于邃密的对称性不错固定不动，不错随和旋转抛物面射电千里镜口径的本领扫尾，完结更大口径射电千里镜的设立，但由于球面不成将平行光汇注到少量，是以需要进行进出的二次修正，最具代表性的是好意思国Arecibo 305m射电千里镜。
图6 好意思国Arecibo Telescope 305m射电千里镜
中国贵州的500米口径球面射电千里镜（FAST）在静止时亦然球面的，但与Arecibo 305m不同的是，FAST通过创造性的锁网及戒指本领在射电源追踪时将主面及时的拉伸成旋转抛物面，兼顾了球面与旋转抛物面射电千里镜的上风，在保证天线效用的同期好像随和全可动旋转抛物面射电千里镜的本领瓶颈。
单口径大型射电千里镜发展历程
灵巧度和角别离率是评价一台射电千里镜锐利的膺惩目的。灵巧度决定了望眼镜对轻细信号的不雅测智力，而角别离率则决定了对射电源细节的空间别离智力。这两个目的均与射电千里镜口径相干，口径越大，灵巧度越高，角别离率也越高。射电千里镜所能汇注的信号强度与等效继承面积成正比，关于旋转抛物面天线来说，也便是与口径的浩繁成正比。射电千里镜的角别离率与波长成正比、与天线口径成反比。泄露，在一定不雅测波长下，角别离率条目越高，射电千里镜的口径就需要越大。由于射电信号额外轻细，为了不雅测更弱更远的射电源，并别离射电源的细节，尽可能的进步射电千里镜的口径一直是天体裁家好学不厌的追求。
最早雷伯射电千里镜口径才不到10 m，而今寰宇最大的单口径射电千里镜——贵州FAST口径达到了500 m。1957年英国曼彻斯特的建造了那时最大口径的Lovell 76m全可动抛物面射电千里镜[3]。20世纪60年代接踵建成了好意思国国立射电天文台的42.7m射电千里镜[4]，加拿大的46m射电千里镜[5]。1961年澳大利亚建成南半球口径最大的Parkes 64m射电千里镜[6]；统一时候建成的还有好意思国国立射电天文台的91m射电千里镜[7]，以及位于好意思国的Arecibo 305m固定式球面射电千里镜[8]（图5）。1972年德国马普本质室建成了那时寰宇最大的全可动射电千里镜Effelsberg 100m[9]。2000年好意思国国度射电天文台（NRAO）在西弗吉尼亚州建成了现辞寰宇最大的全天可动射电千里镜GBT（Green Bank Telescope）[10]，主面尺寸为100m×110m。图7列出了外洋一些主要的大型射电千里镜。
（a）1957年设立的英国Lovell 76m射电千里镜
（b）1960年设立的澳大利亚Parkes 64m射电千里镜
（c）1971年设立的德国Effelsberg 100m射电千里镜
（d）1982年设立的日本Nobeyama 45m射电千里镜
（e）2000年设立的好意思国Green Bank 110m×100m射电千里镜
（f）2010年设立的墨西哥Large Millimeter 50m射电千里镜
（g）2012年设立的意大利Sardinia 64m射电千里镜
图7 外洋主要大型射电千里镜
20世纪八、九十年代，我国建成了上海佘山25m[11]和新疆南山25m[12]口径射电千里镜，其中南山25m于2015年翻新为26m射电千里镜。跟着我国射电天体裁的发展和探月工程的驱动，2006年建成了北京密云50m和云南昆明40m射电千里镜[13]。2012年上海天马65m、佳木斯66m和喀什35m射电千里镜建成使用[14]，2014年建成了洛南40m脉冲星不雅测射电千里镜，于2016年9月建成的贵州500m口径射电千里镜是现在国际上最大的单口径千里镜[15]，2017年完成了密云40m射电千里镜的研制。
我国正在设立和准备设立的大型射电千里镜主要有，正在设立的用于初次火星探伤任务以及后续深空探伤任务的武清站70m天线，建成后将是亚洲最大口径的全可动射电千里镜；正策动设立的新疆奇台站110m和云南景东120m射电千里镜，建成后将是寰宇最大口径的全可动射电千里镜。图8列出了国内一些主要的大型射电千里镜。
（a）1987年设立的佘山中国25m射电千里镜
（b）2006年设立的中国密云50m射电千里镜
（c）2006年设立的中国昆明40m射电千里镜
（d）2012年设立的中国天马65m射电千里镜
（e）2014年设立的中国洛南40m射电千里镜
（f）2015年设立的中国南山26m（翻新后）射电千里镜
（g）2016年设立的中国FAST 500m射电千里镜
（h）2017年设立的中国密云40m射电千里镜
（i）设立中的中国武清70m射电千里镜效用图
图8 国内主要大型射电千里镜
除了前边说明的这些， 射电千里镜还有额外多的学问恭候寰球去了解，下一篇咱们将为寰球先容笼统孔径射电千里镜，以及射电千里镜在深空探伤中的应用，不见不散哦~
未完待续......
主要参考文献
[1] Karl Jansky[EB/OL]. [2019-12-13]. https://www.nrao.edu/whatisra/hist_ jansky.shtml.
[2] Reber Radio Telescope - Wikipedia[EB/OL]. [2019-12-13]. https://en.wikipedia.org/wiki/Reber_Radio_Telescope.
[3] Morison I. 50 years of the Lovell telescope[J]. Astronomy and Geophysics， 2007， 48(5):23-25.
[4] 43 Meter (140 Foot) Telescope - Science Website[EB/OL]. [2019-12-13]. https://science.nrao.edu/facilities/gbt/other-telescopes/43meter.
[5] Algonquin 46m radio telescope - Wikipedia[EB/OL]. [2019-12-13]. https://en.wikipedia.org/wiki/Algonquin_46m_radio_telescope.
[6] Bowen E G， Minnett H C. The Australian 210-ft radio telescope[J]. Journal of theBritish Institution of Radio Engineers， 1962， 23(1):49-53.
[7] 300-foot Telescope - National Radio Astronomy Observatory[EB/OL]. [2019-12-13]. https://public.nrao.edu/telescopes/300-foot-telescope/.
[8] Goldsmith P F. The second Arecibo upgrade[J]. IEEE Potentials， 1996， 15(3):38-43.
[9] Wielebinski R， Junkes N， Grahl H. The Effelsberg 100m radio telescope: Construction and forty years of radio astronomy[J]. Journal of AstronomicalHistory and Heritage， 2011， 14(1):3-21.
[10] Hall R， Goldman A， Parker H， et al. Measurement program for the Green BankTelescope[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for OpticalEngineering， 1998， 335(7):265-276.
[11] 李金岭， 乔书波， 刘鹂. 坐标变换要道用于佘山25m射电天线归心测量的尊府领略[J]. 测绘科学， 2010， 35(02):69-71.
[12] 张阿丽， 熊福文， 朱文耀. 新疆天文台25m VLBI、GPS归心测量[J]. 大地测量与地球能源学， 2015， 35(04):680-683+688.
[13] 张洪波， 毛佩锋， 汪敏， 等. 40m口径射电千里镜[J].天文商量与本领， 2008(02):187-191.
[14] 王锦清，左秀婷，Kesteven M，等. TM 65 m射电千里镜面形微波全息测量[J]. 中国科学：物理学 力学 天体裁，2017，47（9）：92-102.
[15] 南仁东， 姜鹏. 500 m口径球面射电千里镜(FAST)[J]. 机械工程学报， 2017， 53(17):1-3.
作家简介
孔德庆，中国科学院国度天文台商量员，商量标的为大型射电千里镜、天线组阵本领。
汪赞，中国科学院国度天文台团结培养硕士商量生白丝 在线，商量标的为大型射电千里镜面形精度测量。
草榴社区地址