互动科普

在贵州省平塘县大窝凼洼地，一架500米的巨大望远镜FAST正在建设中。它有30个足球场那么大，当它睁开巨眼望向太空之时，可以肯定，必将把人类对宇宙的认识带入新纪元。

撰文/施小安   图片/袁维盛

眼睛越大越清澈

浩瀚星空下，我们显得那么的渺小。“我是谁，我来自哪里，我们是否孤独？”从人类有意识开始就苦苦追寻，试图从璀璨的星空中找到答案。

我们所见的夜空，繁星点点，实际是宇宙中各类天体所发出的可见光波。使用光学望远镜，我们可以获得天体可见光图像，从而研究它们的物理性质、运动规律。然而，除了可见的光波外，天体还会发出红外线、紫外线、无线电波和X射线等不可见的电磁波，这些辐射可能蕴藏着天体运动的更多信息。

由于地球大气中的各种粒子对辐射的吸收、反射或散射，只有少量的某些波段范围内的天体辐射才能到达地面，其余的都被挡住。穿过地球大气的辐射我们形象地称为大气窗口，除可见光窗口外，地球大气对频率在10MHz（兆赫）到300GHz（吉赫）的电磁波也存在“射电窗”。对于许多天体来说，其发出的可见光波传到我们地球已经很微弱甚至看不到，而无线电波却能通过可见光穿不过的星际尘埃，所以射电观测能深入到光学方法看不到的地方，可以通过观测天体辐射的射电波去研究天体的化学组成、内部结构、能源来源及演化规律。

1931年，美国贝尔实验室的卡尔·央斯基（Karl Jansky，1905～1950）用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。随后美国天文学家格罗特·雷伯（Grote Reber，1911～2002）在自家的后院建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年接收到了来自银河系中心的无线电波，并且根据观测结果绘制了第一张射电天图，射电天文学从此诞生。雷伯使用的这架天线也成为了世界上第一架专门用于天文观测的射电望远镜。

射电望远镜和光学反射望远镜相似，来自宇宙的电磁波被一精确镜面反射后，聚焦到馈源（焦点处的信号接收装置），接受到的电磁波信号输入到高灵敏接收机电路，经过放大、变频、采样等处理，形成可用数据，最后将宇宙电磁波信息按特定方式进行记录、显示并供给科学家研究。

单天线射电望远镜口径越大，接收面积越大，汇聚的电磁波能量就越高，灵敏度、分辨率就越高，也就能观测越微弱的射电信号以及分辨相近的天体射电点源。望远镜的分辨率越高，才能让我们在射电波段“看”得越远，看到更清晰的宇宙天体。然而，天线的直径难于做得很大。目前世界上最大单天线射电望远镜是美国阿雷西博（Arecibo）望远镜，其口径为305米，虽然后期扩建至350米，但对于波长较长的射电波段来说，它的分辨率依然很低。我们要看到宇宙边缘，追溯宇宙的本源，只有不断突破极限，给我们自己建造一只更加“清澈”的眼，以便更加清晰地看清世界。

（本文发表于《科学世界》2015年第9期）