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甚大阵射电望远镜

甚大天线阵(Very Large Array,缩写为VLA)是由27台25米口径的天线组成的射电望远镜阵列,位于美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上,海拔2124米,是世界上最大的综合孔径射电望远镜。甚大天线阵每个天线重230吨,架设在铁轨上,可以移动,所有天线呈Y形排列,每臂长21千米,组合成的最长基线可达36千米。甚大天线阵隶属于美国国家射电天文台(NRAO),于1981年建成,工作于6个波段,最高分辨率可以达到0.05角秒,与地面大型光学望远镜的分辨率相当。

甚大阵射电望远镜

1957年,前苏联的第一颗人造地球卫星上天时,美国报业大王赫斯特就说:“它把人类的生活推进了几个世纪。”因它标志着人类从此进入了崭新的“太空时代”。在前苏联的第二颗卫星进入预定的轨道后,被世人誉为“氢弹之父”的美国物理学家特勒曾惊叹说,美国输掉了一场比珍珠港更重要的战役。

从人造卫星到各种宇宙飞船,使人类摆脱了地球的羁绊,由于不再受到地球大气的阻挡,也不会因风霜雨雪而无法观测,于是,展现在人们面前的是一个全新的天地、全新的宇宙。太空技术的飞速发展也带动了一系列科学技术的大飞跃,新一代的巨型望远镜、射电天文学的崛起、各个波段仪器的相互配合、空间望远镜的升空……可以认为,短短几十年内天文学所取得的进步和成就大大超过了以往的总和。6次“阿波罗”登月把12个宇航员送入月宫、“水手”、“先驱者”、“旅行者”、“海盗”、“麦哲伦”、“伽利略”、“火星全球观察者”、“火星探路者”、“卡西尼”……一大批飞船临近或降落于行星、卫星所获取的各种资料廷令人目不暇接,因此,太空探测为天文学搭起了可尽情表演的欠舞台。

自卡尔央斯基偶然发现了来自银河系的射电辐射,雷伯建造了世界上第一台天文射电望远镜,美国就成为射电天文学的发源地。到了20世纪50年代中期,国际上形成了几个射电天文中心,以英国的实力最强:剑桥大学发展大型射电干涉仪,继而孕育综合孔径射电望远镜方案;曼彻斯特大学建造了世界上口径最大的76米可跟踪射电望远镜。而此时的美国逐渐落在了其它国家的后面。为了重新夺回射电天文学的领先地位。在20世纪60年代初,他们开始构想建造甚大阵,分辨率要达到1角秒,灵敏度则要达到0.1毫央斯基,目的就是要超过英国剑桥大学的综合孔径射电望远镜。

甚大阵射电望远镜

甚大阵射电望远镜位于美国新墨西哥州,于1981年建成并投入使用。射电望远镜可以通过测量天体发射的无线电波的强度、频谱及偏振等物理量来探测新的天体,或研究天体的一些特性。甚大阵射电望远镜包括27个口径为25米的天线,每个天线的质量为230吨。

所有天线架设在铁轨上,可以移动,呈Y形排列。天文学家已经使用该望远镜获得了不少重要发现,比如银河系内的微类星体,遥远星系周围的爱因斯坦环,发出伽玛射线暴的星系,等等。(注:恒星发出的电磁波可以绕过途径的大质量天体而重新汇聚。也就是说,天文学家可以观测到被天体遮挡的恒星,观测的结果是个环,这被称为“爱因斯坦环”。

甚大阵射电望远镜

用两架天线观测同一天体,将其中之一固定,另一架作巡回扫描,再用电脑进行专门处理,就可实现这种奇妙的转换。扫描得越细,所得的图形也就越清晰。当然,在实际观测时,人们并非只用两台仪器,因谁也不会有那么好的耐心描一张小小的太阳像要等上一二天。因而在实际应用时,总要动用若干架仪器联合行动。如英国穆拉射电天文台的几架综合孔径射电望远镜中,最大的“5千米望远镜”是由8台天线组成的,每台抛物面的直径为12.8米,它们排列在以前的一条从牛津到剑桥的旧铁路上,其中的4台的位置固定不变,它们的间距为1.2千米,另外的4台则在其间不住的来回移动,最后所得的结果可与一架直径达5千米的仪器相当,分辨率高达2″。

这样一个一眼望不到边的超巨型仪器在“开机”之后,平常只要区区2个人就能工作了,其中一个是“观测手”,另一个为计算机程序员。前者可端坐在封闭的控制大厅内,用电脑进行指挥与监控,他只需根据天文学家事先提出的要求,偶尔敲击几下键盘、查看一下仪表。因为在电脑的操纵下,27台天线会有条不紊地自动运作。

甚大阵在同一时间内可以接收到的干涉信号多达351种;当使用6厘米的波长作观测时,可在几个小时内,得到所观测的射电源的图像,其精细度超过了一般的光学镜,分辨率达0.6”,所得的资料还可同时保存在磁带上。 对于那些具有复杂结构的射电源,甚大阵的优长更发挥得淋漓尽致。实际上,大约有40%的(河外)射电源,都有双核或多核结构,而且往往其中有一个是类星体;例如它曾发现在 3C111的一对双核之间,还有一个奇特的双核源,它们又在飞快地分离开来,一些星系核的爆发、“超光速”的发现,都不能忘记它的功劳。

甚大阵射电望远镜

甚大阵的建造一共耗资7800万美元,历时20多年。它包括有27台结构完全相同的大型天线,每台的直径为25米,自重210吨。它加工精良,还能抗风防冻,即使在七八级以上的大风 (风的时速为60千米)中,它们同样可正常工作;哪怕天线上挂满了冰棱,仍可抵御时速100千米的飓风,仍可沿着水平和垂直两个方向运转自如。27个庞然大物排成一个“Y”形,三条铁轨铺成的基线互成120度交角,分别长21、21、19千米。其宏大的气势令人惊叹,为了降低仪器中的噪声,其电子系统一直处于零下257摄氏度的超低温状态。

甚大阵是对全世界开放的,自1981年投入使用以来,它已接待了许多天文学家,得到了众多重大的发现,为射电天文学的发展做出了巨大的贡献。

甚大阵射电望远镜是世界上最上镜头的射电望远镜阵列,同时也是最多产的阵列之一。甚大阵的这27个射电望远镜,每个都有一座房屋那么大,它们都可以通过轨道移动位置。

科学家已利用甚大阵发现了水星上的水、一般恒星周围辐射出明亮电波的日冕、银河系中的微类星体、遥远星系周围经重力作用产生的爱因斯坦环以及遥远伽玛射线爆发的电波同位对照影像。甚大阵巨大的规模让天文学家得以研究超高速宇宙喷流的详细信息,甚至描绘出银河系的中心。一项关于甚大阵的升级计划正在进行中。


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