甚大陣射電望遠鏡

甚大陣射電望遠鏡

甚大天線陣(Very Large Array,縮寫為VLA)是由27台25米口徑的天線組成的射電望遠鏡陣列,位于美國新墨西哥州的聖阿古斯丁平原上,海拔2124米,是世界上最大的綜合孔徑射電望遠鏡。甚大天線陣每個天線重230噸,架設在鐵軌上,可以移動,所有天線呈Y形排列,每臂長21千米,組合成的最長基線可達36千米。甚大天線陣隸屬于美國國家射電天文台(NRAO),于1981年建成,工作于6個波段,最高解析度可以達到0.05角秒,與地面大型光學望遠鏡的解析度相當。

  • 中文名稱
    甚大陣射電望遠鏡
  • 隸屬于
    美國國家射電天文台(NRAO)
  • 建成時間
    1981年
  • 位    置
    美國新墨西哥州

背景

甚大陣射電望遠鏡

1957年,前蘇聯的第一顆人造地球衛星上天時,美國報業大王赫斯特就說:"它把人類的生活推進了幾個世紀。"因它標志著人類從此進入了嶄新的"太空時代"。在前蘇聯的第二顆衛星進入預定的軌道後,被世人譽為"氫彈之父"的美國物理學家特勒曾驚嘆說,美國輸掉了一場比珍珠港更重要的戰役。

從人造衛星到各種宇宙飛船,使人類擺脫了地球的羈絆,由于不再受到地球大氣的阻擋,也不會因風霜雨雪而無法觀測,于是,展現在人們面前的是一個全新的天地、全新的宇宙。太空技術的飛速發展也帶動了一系列科學技術的大飛躍,新一代的巨型望遠鏡、射電天文學的崛起、各個波段儀器的相互配合、空間望遠鏡的升空……可以認為,短短幾十年內天文學所取得的進步和成就大大超過了以往的總和。6次"阿波羅"登月把12個宇航員送入月宮、"水手"、"先驅者"、"旅行者"、"海盜"、"麥哲倫"、"伽利略"、"火星全球觀察者"、"火星探路者"、"卡西尼"……一大批飛船臨近或降落于行星、衛星所獲取的各種資料廷令人目不暇接,因此,太空探測為天文學搭起了可盡情表演的欠舞台。

甚大陣射電望遠鏡甚大陣射電望遠鏡

自卡爾·央斯基偶然發現了來自銀河系的射電輻射,雷伯建造了世界上第一台天文射電望遠鏡,美國就成為射電天文學的發源地。到了20世紀50年代中期,國際上形成了幾個射電天文中心,以英國的實力最強:劍橋大學發展大型射電幹涉儀,繼而孕育綜合孔徑射電望遠鏡方案;曼徹斯特大學建造了世界上口徑最大的76米可跟蹤射電望遠鏡。而此時的美國逐漸落在了其它國家的後面。為了重新奪回射電天文學的領先地位。在20世紀60年代初,他們開始構想建造甚大陣,解析度要達到1角秒,靈敏度則要達到0.1毫央斯基,目的就是要超過英國劍橋大學的綜合孔徑射電望遠鏡。

簡介

甚大陣射電望遠鏡

甚大陣射電望遠鏡甚大陣射電望遠鏡

甚大陣射電望遠鏡位于美國新墨西哥州,于1981年建成並投入使用。射電望遠鏡可以通過測量天體發射的無線電波的強度、頻譜及偏振等物理量來探測新的天體,或研究天體的一些特徵。甚大陣射電望遠鏡包括27個口徑為25米的天線,每個天線的質量為230噸。

所有天線架設在鐵軌上,可以移動,呈Y形排列。天文學家已經使用該望遠鏡獲得了不少重要發現,比如銀河系內的微類星體,遙遠星系周圍的愛因斯坦環,發出伽瑪射線暴的星系,等等。(註:恆星發出的電磁波可以繞過途徑的大質量天體而重新匯聚。也就是說,天文學家可以觀測到被天體遮擋的恆星,觀測的結果是個環,這被稱為"愛因斯坦環"。

原理

甚大陣射電望遠鏡

用兩架天線觀測同一天體,將其中之一固定,另一架作巡回掃描,再用電腦進行專門處理,就可實現這種奇妙的轉換。掃描得越細,所得的圖形也就越清晰。當然,在實際觀測時,人們並非隻用兩台儀器,因誰也不會有那麽好的耐心--描一張小小的太陽像要等上一二天。因而在實際套用時,總要動用若幹架儀器聯合行動。如英國穆拉射電天文台的幾架綜合孔徑射電望遠鏡中,最大的"5千米望遠鏡"是由8台天線組成的,每台拋物面的直徑為12.8米,它們排列在以前的一條從牛津到劍橋的舊鐵路上,其中的4台的位置固定不變,它們的間距為1.2千米,另外的4台則在其間不住的來回移動,最後所得的結果可與一架直徑達5千米的儀器相當,解析度高達2″。

這樣一個一眼望不到邊的超巨型儀器在"開機"之後,平常隻要區區2個人就能工作了,其中一個是"觀測手",另一個為電腦程式員。前者可端坐在封閉的控製大廳內,用電腦進行指揮與監控,他隻需根據天文學家事先提出的要求,偶爾敲擊幾下鍵盤、查看一下儀表。因為在電腦的操縱下,27台天線會有條不紊地自動運作。

甚大陣在同一時間內可以接收到的幹涉信號多達351種;當使用6釐米的波長作觀測時,可在幾個小時內,得到所觀測的射電源的圖像,其精細度超過了一般的光學鏡,解析度達0.6",所得的資料還可同時儲存在磁帶上。 對于那些具有復雜結構的射電源,甚大陣的優長更發揮得淋漓盡致。實際上,大約有40%的(河外)射電源,都有雙核或多核結構,而且往往其中有一個是類星體;例如它曾發現在 3C111的一對雙核之間,還有一個奇特的雙核源,它們又在飛快地分離開來,一些星系核的爆發、"超光速"的發現,都不能忘記它的功勞。

建造

甚大陣射電望遠鏡

甚大陣的建造一共耗資7800萬美元,歷時20多年。它包括有27台結構完全相同的大型天線,每台的直徑為25米,自重210噸。它加工精良,還能抗風防凍,即使在七八級以上的大風 (風的時速為60千米)中,它們同樣可正常工作;哪怕天線上掛滿了冰棱,仍可抵御時速100千米的颶風,仍可沿著水準和垂直兩個方向運轉自如。27個龐然大物排成一個"Y"形,三條鐵軌鋪成的基線互成120度交角,分別長21、21、19千米。其宏大的氣勢令人驚嘆,為了降低儀器中的噪聲,其電子系統一直處于零下257攝氏度的超低溫狀態。

貢獻

甚大陣是對全世界開放的,自1981年投入使用以來,它已接待了許多天文學家,得到了眾多重大的發現,為射電天文學的發展做出了巨大的貢獻。

影響

甚大陣射電望遠鏡是世界上最上鏡頭的射電望遠鏡陣列,同時也是最多產的陣列之一。甚大陣的這27個射電望遠鏡,每個都有一座房屋那麽大,它們都可以通過軌道移動位置。

科學家已利用甚大陣發現了水星上的水、一般恆星周圍輻射出明亮電波的日冕、銀河系中的微類星體、遙遠星系周圍經重力作用產生的愛因斯坦環以及遙遠伽瑪射線爆發的電波同位對照影像。甚大陣巨大的規模讓天文學家得以研究超高速宇宙噴流的詳細信息,甚至描繪出銀河系的中心。一項關于甚大陣的升級計畫正在進行中。

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