单口径射电望远镜

美丽的贵州平塘县克度镇大窝凼 [dàng]
“大窝凼”位于平塘县克度镇绿水村然路组，是我们国家500米口径球面射电望 远镜即将落户的地方，为了配合大射电工程的开工建设，大窝凼居住着的12户人家63 口人于2009年6月份搬出这块他们生活和熟悉的故土，到克度镇政府所在地——红塘 街上开始他们的新生活。
单口径射电望远镜
主讲人：刘杰 学号：080701110092
什么是射电望远镜？
• 接收和研究天体无线电波(频率20kHz— 3GHz)的天文观测装置。 • 射电望远镜（radio telescope）是指观测和 研究来自天体的射电波的基本设备﹐可以 测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。 包括收集射电波的定向天线﹐放大射电信 号的高灵敏度接收机﹐信息记录﹑处理和 显示系统等。
•
•
•
谢谢观看！
基本原理
• 经典射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似﹐投射来的电磁波 电磁波被 电磁波 一精确镜面反射后﹐同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相 聚焦﹐因此﹐射电望远镜天线大多是抛物面。射电望远镜表面和一理想抛物 面的均方误差如不大于λ/16～λ/10﹐该望远镜一般就能在波长大于λ的射电波 段上有效地工作。对米波或长分米波观测﹐可以用金属网作镜面﹔而对厘米 波和毫米波观测﹐则需用光滑精确的金属板(或镀膜)作镜面。从天体投射来并 汇集到望远镜焦点的射电波﹐必须达到一定的功率电平﹐才能为接收机所检 测。目前的检测技术水平要求最弱的电平一般应达 10 ─20瓦。射频信号功率 首先在焦点处放大10～1﹐000倍﹐并变换成较低频率(中频)﹐然后用电缆将 其传送至控制室﹐在那里再进一步放大﹑检波﹐最后以适于特定研究的方式 进行记录﹑处理和显示。 天线收集天体的射电辐射，接收机将这些信号加工、 转化成可供记录、显示的形式，终端设备把信号记录下来，并按特定的要求 进行某些处理然后显示出来。表征射电望远镜性能的基本指标是空间分辨率 和灵敏度，前者反映区分两个天球上彼此靠近的射电点源的能力，后者反映 探测微弱射电源的能力。射电望远镜通常要求具有高空间分辨率和高灵敏度。
世界著名射电望远镜集锦
加拿大的46米射电望远镜（ 加拿大的 米射电望远镜（左）和澳大利亚的64米的 米射电望远镜 和澳大利亚的 米的 Parkes射电望远镜（右） 射电望远镜（ 射电望远镜
加拿大的46米射电望远镜（ 米的Parkes射电望远镜（右） 射电望远镜（ 加拿大的 米射电望远镜（左）和澳大利亚的64米的 米射电望远镜 和澳大利亚的 米的 射电望远镜
瑞典与欧洲南天天文台的亚毫米波望远镜
我国射电望远镜的发展历程
• 1、上海佘山25米口径射电望远镜 • 2、青海德令哈13.7米口径毫米波射电望远 镜 • 3、乌鲁木齐25米口径厘米波射电望远镜 • 4、昆明40米口径转台式射电望远镜 • 5、北京50米口径轮轨式射电望远镜 • 6、上海佘山65米口径射电望远镜 • 7、贵州平塘500米口径球面射电望远镜
FAST——500米口径球面射电望远镜示意图 米口径球面射电望远镜示意图
FAST重要功能 重要功能
• 1、探测遥远的“地外文明”：这座巨大的望远镜外形与卫星天线相似，单口 、探测遥远的“地外文明” 径500米，犹如一只巨大的“天眼”，将探测遥远、神秘的“地外文明”。千 百年来人类大多是通过可见光波段观测宇宙。事实上，天体的辐射覆盖整个 电磁波段，而可见光只是其中人类可以感知的一部分。 2、可寻找第一代诞生的天体：据FAST工程办公室研究人员介绍，项目建成 、可寻找第一代诞生的天体： 后，它将使我国的天文观测能力延伸到宇宙边缘，可以观测暗物质和暗能量， 寻找第一代天体。 3、用于太空天气预报： FAST将把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至 、用于太空天气预报： 太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度 由目前的120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自 主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。 4、带动我国制造技术发展： FAST研究涉及了众多高科技领域，如天线制造、 、带动我国制造技术发展： 高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超 宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相 关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研 制以及多波束雷达装置等。FAST的建设经验将对我国制造技术向信息化、极 限化和绿色化的方向发展产生影响。
Effelsberg射电望远镜 射电望远镜
1972年，德国建成了当时最大的射电望远镜——即直径为100米的全方位可动的Effelsberg射电望远镜，德国 随即成为射电天文研究的大国。还有在美国新墨西哥州沙漠中的望远镜天线阵（VLA），由27面假设在铁轨上的口 径为25米的天线组成，排列成Y字形。
• FAST项目具有3项自主创新：利用贵州天 然的喀斯特洼坑作为台址；洼坑内铺设数 千块单元组成500米球冠状主动反射面；采 用轻型索拖动机构和并联机器人，实现望 远镜接收机的高精度定位。全新的设计思 路，加之得天独厚的台址优势，FAST突破 了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨 型射电望远镜的新模式。
• 分辨率
•
类型
根据天线总体结构的不同分类
• • 1、连续孔径：主要代表是采用单盘抛 、连续孔径： 物面天线的经典式射电望远镜。 2、非连续：以干涉技术为基础的各种 、非连续： 组合天线系统。20世纪60年代产生了两 种新型的非连续孔径射电望远镜——甚 长基线干涉仪和综合孔径射电望远镜， 前者具有极高的空间分辨率，后者能获 得清晰的射电图像 。世界上最大的可跟 踪型经典式射电望远镜其抛物面天线直 径长达100米，安装在德国马克斯·普朗 克射电天文研究所 ；世界上最大的非连 续孔径射电望远镜是甚大天线阵，安装 在美国国立射电天文台。
两个指标—灵敏度，分辨率
• 灵敏度
• 灵敏度是指射电望远镜"最低可测"的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常 用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。 分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分 开。那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径 越大分辨率越高。但是天线的直径难于作得很大，目前单天线的最大直径小于300米， 对于波长较长的射电波段分辨率仍然很低。因此就提出了使用两架射电望远镜构成的 射电干涉仪。对射电干涉仪来说，两个天线的最大间距越大分辨率越高。另外,在天线 的直径或者两天线的间距一定时，接收的无线电波长越短分辨率越高。拥有高灵敏度。 高分辨率的射电望远镜，才能让我们在射电波段"看"到更远，更清晰的宇宙天体。 分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力﹐因为两个点源角距须大于天线方 向图的半功率波束宽度时方可分辨﹐故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的 半功率宽 。 为电波的衍射所限﹐对简单的射电望远镜﹐它由天线孔径的物理尺寸D 和 波长λ决定。
按机械装置和驱动方式﹐ 按机械装置和驱动方式﹐ 连续孔径射 电望远镜还可分为三种类型。 电望远镜还可分为三种类型。
• 1、全可转型或可跟踪型： 可在两个 、全可转型或可跟踪型： 坐标转动﹐分为赤道式装置和地平式装 置两种﹐如同在可跟踪抛物面射电望远 镜中使用的。 2、部分可转型：可在一坐标(赤纬方向) 、部分可转型： 转动﹐赤经方向靠地球自转扫描。 3、固定型：主要天线反射面固定﹐一 、固定型： 般用移动馈源(又称照明器)望远镜
1963年，在位于中美洲波多黎各岛上的阿雷西博天文台（Arecibo Observatory）的阿雷西博射电望远镜 建成，阿雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径球面天线，口径305米（1000英尺），这是世界上最 大的单面口径射电望远镜，由康奈尔大学管理，后扩建为350米。阿雷西博望远镜是固定望远镜，不能转动， 只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中的一个带状区域。
贵州平塘制造世界最大射电望远镜
• 500米口径球面射电望远镜（Five hundred meters 米口径球面射电望远镜
Aperture Spherical Telescope，简称FAST）
——世界最大单口径射电天文望远镜 世界最大单口径射电天文望远镜
工程投资额： 工程投资额：6.27亿 亿 工程期限： 工程期限：2007年——2014年 年 年
•
•
特点优势
• 射电望远镜与光学望远镜不同,它既没有高高竖起的望远镜镜简， 也没有物镜，目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。 巨大的天线 是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线，球面天 线，半波偶极子天线，螺旋天线等。最常用的是抛物面天线。天线对 射电望远镜来说，就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中 的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制 的管子(波导)把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工 作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收 系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机 记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家分析这些曲线， 得到天体送来的各种宇宙信息。
射电望远镜系统方框图
基本指标
射电天文所研究的对象﹐有太阳那样强的连续谱射电 源﹐有辐射很强但极其遥远因而角径很小的类星体﹐有角 径和流量密度都很小的恒星﹐也有频谱很窄﹑角径很小的 天体微波激射源等。为了检测到所研究的射电源的信号﹐ 将它从邻近背景源中分辨出来﹐并进而观测其结构细节﹐ 射电望远镜必须有足够的灵敏度和分辨率。 灵敏度和分辨率。 灵敏度和分辨率