望远镜技术的射电望远镜阵列

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建设中的平方公里射电望远镜阵——SKA

◎文图中国科学院国家天文台郭红锋天文动手做/天文望远镜系列科迷街建设中的平方公里射电望远镜阵——SKA 平方公里射电阵的概念酝酿于20世纪90年代初。

1993年，日本京都举行了国际无线电科学联合会大会，参加了射电天文学委员会的中国、澳大利亚、加拿大、法国、德国、印度、荷兰、俄罗斯、英国、美国等10国的天文学家代表出席了大会。

时值世纪之交，与会代表分析了射电望远镜未来的发展，提出了建造下一代大射电望远镜（Large Radio Telescope，简称LT）的倡议。

LT当时还只是一个概念，科学家们想要建造一个总接收面积相当于1平方公里的大型射电望远镜。

这样大的接收面积，已经不可能做成一整块镜面了，应该由多面小射电望远镜组成阵列。

但究竟由多少面、多大口径的小望远镜组成什么样的阵列，在哪里布局阵列等一系列问题都有待科学家们在此后数年里共同合作和努力推进。

科学家们希望用这样一个既有大口径又有大面积的射电望远镜阵列，观测遥远的宇宙深处，能够获得宇宙更早期，甚至初始时期的信息，从而弄清楚现今的宇宙是怎样从初始状态演化过来的。

射电天文学诞生后的短短几十年间，人类就发现了3万多个射电源，看到了100亿光年之遥的星系。

著名的20世纪60年代天文学四大发现：类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射，都是用射电望远镜观测得到的，被誉为继哥白尼“日心说”之后天文学的“第二次革命”。

与此同时，国际上各国天文学家也在积极推进LT 的概念，并逐渐发展为平方公里阵（Square Kilometre Array，简称SKA）的概念，1999年正式将LT更名为SKA。

望远镜技术的射电射电射电天文学

望远镜技术的射电射电射电天文学射电天文学是通过利用射电望远镜观测宇宙，研究宇宙中射电信号的科学。

随着技术的发展，射电望远镜逐渐成为天文学研究中不可或缺的工具。

本文将介绍望远镜技术在射电天文学中的应用和其对研究的重要作用。

一、射电望远镜技术的发展历程射电望远镜技术的发展可以追溯到20世纪的早期，当时人们开始意识到利用射电波段观测宇宙的重要性。

随着技术的不断进步，射电望远镜的灵敏度和分辨率大大提高，使得我们能够探测到更远更微弱的射电信号。

二、射电望远镜的主要类型目前，射电望远镜主要分为单口径望远镜和干涉阵列望远镜两种类型。

单口径望远镜是利用一个大的射电碟状天线接收射电信号，通过改变接收机的指向来观测不同的天体。

而干涉阵列望远镜则是由多个小的射电天线组成，通过将它们的信号进行相干合成来实现更高的分辨率。

三、射电望远镜在宇宙研究中的重要应用1. 宇宙微波背景辐射探测：射电望远镜可以探测到宇宙微波背景辐射的微弱信号，这是宇宙大爆炸之后形成的，对研究宇宙早期的演化过程具有重要意义。

2. 银河系结构研究：通过射电望远镜，我们可以观测到银河系中的射电源，如脉冲星、超新星遗迹等，以及银河系中的星际介质分布情况，对研究银河系的结构和演化提供了重要数据。

3. 外星生命搜索：射电望远镜可以用来搜索外星文明的存在，通过寻找宇宙中的射电信号差异和规律，探索宇宙中是否存在其他文明。

4. 天体物理学研究：射电望远镜可以观测到各种天体，如星系、星团、星际物质等。

通过研究它们的射电信号，我们可以了解宇宙中的演化规律和天体物理过程。

四、射电望远镜技术面临的挑战与前景展望尽管射电望远镜技术已经取得了巨大的进步，但仍然面临许多挑战。

例如，射电望远镜需要更大的灵敏度和更高的分辨率来观测更微弱的信号和更详细的结构，因此需要更先进的技术和更大的投资。

此外，射电望远镜的数据处理和分析也是一个重要的挑战。

然而，随着科技的不断进步，射电望远镜技术也将迎来更广阔的发展前景。

中国射电望远镜的发展

中国射电望远镜的发展米立功【摘要】中国射电天文技术经过58年的发展,已经有了长足的进步,它的重要标志就是射电望远镜.目前,中国已经建设完成了一批具有世界知名度的大型射电望远镜,它们在天文学研究中发挥着越来越重要的作用.回顾了中国射电望远镜长期的发展历程,重点介绍了不同发展时期最具代表性的射电望远镜及其阵列,也对未来射电天文发展作了展望.【期刊名称】《黔南民族师范学院学报》【年(卷),期】2016(036)006【总页数】4页(P107-110)【关键词】天文技术—仪器:射电望远镜;天文学;射电阵【作者】米立功【作者单位】黔南民族师范学院物理与电子科学学院,贵州都匀558000【正文语种】中文【中图分类】P1-092在20世纪30年代之前，人类主要借助肉眼和光学望远镜对宇宙空间进行观察，尽管在19世纪末，一批天文学家，包括Johannes Wilsing和Julius Scheiner等，曾多次尝试探测太阳的射电辐射，但由于受当时天文仪器技术的限制，并没有探测到任何来自宇宙天体的射电信号，直到1930s，Karl Jansky首次在20.5MHz的波段上记录了来自银河系的无线电波，标志着射电天文学的诞生[1]。

1937年，Grote Reber受Jansky开拓性工作的激励，建造了一个口径9米的射电望远镜，他重复了Jansky的工作并在射电波段开展了第一次巡天[2]。

1940s， James Stanley Hey， George Clark Southworth等人先后探测到了来自太阳的射电辐射，随后，天文学家陆续探测了其他天体的射电辐射，取得了巨大的成果，尤其是在1960s，天文学家通过射电观测先后发现了类星体(1960年)、星际分子(1963年)、微波背景辐射(1964年)、脉冲星(1967年)等，使人们对宇宙的认识发生了根本性的变化。

随着射电天文技术，特别是甚长基线干涉技术(VLBI)的进步，射电天文得到了突飞猛进的发展，射电天文观测将人们的视野从太阳系一直延伸到宇宙的边缘，射电天文学也成了天文学领域最富生命力的学科之一。

太空望远镜的成就与发现

太空望远镜的成就与发现太空望远镜，作为人类观测宇宙的窗口，已经取得了许多惊人的成就和重大的科学发现。

它的启用不仅加深了我们对宇宙的认识，也为天文学与宇宙物理学领域注入了新的活力和发展机遇。

本文将介绍太空望远镜的重要成就和科学发现，并展望其未来的潜力。

一、哈勃众所周知，哈勃太空望远镜是迄今为止最为著名的太空望远镜之一。

它于1990年发射并投入使用，至今已经运行了超过30年。

哈勃望远镜以其高分辨率和无大气干扰的观测能力成为了众多科学突破的推动者。

1. 银河系的结构和形成哈勃太空望远镜对银河系的研究作出了杰出的贡献。

通过测量恒星的亮度和颜色，哈勃望远镜帮助我们确定了银河系的结构，揭示了其中众多的星云、恒星簇和行星系统等。

此外，哈勃还观测到了许多恒星的形成与演化过程，为我们理解银河系的演化提供了珍贵的数据。

2. 宇宙的膨胀与暗能量哈勃太空望远镜观测到的遥远星系的红移现象，为宇宙膨胀理论提供了强有力的证据。

通过测量星系的红移速度，科学家们发现宇宙的膨胀速度正在加快，这表明存在一种神秘的力量，即暗能量，推动着宇宙的加速膨胀。

这一发现对于宇宙学的研究具有深远的意义，也为后续的科学研究提供了新的方向。

3. 太阳系行星与卫星的探测哈勃太空望远镜并非只局限于观测遥远的星系和星云，它也为太阳系的研究做出了重要贡献。

通过仔细观测太阳系中的行星和卫星，哈勃提供了大量珍贵的数据和图像，帮助科学家揭示了这些天体的特征和演化历史。

其中最著名的例子是哈勃望远镜观测到的冥王星系统的图像，以及土卫六上盐水喷射现象的发现。

二、其他太空望远镜的重要成就与发现除了哈勃太空望远镜，还存在着许多其他同样重要的太空望远镜。

它们各自在不同的波段和研究目标上取得了惊人的成就和科学发现。

1. 查克拉太空望远镜查克拉太空望远镜是我国自主研制并于2019年发射的空间科学卫星，它携带了多个科学载荷，包括X射线、紫外线和γ射线望远镜等。

查克拉通过对宇宙黑洞、脉冲星等紧凑星体的观测，揭示了宇宙中极端物理过程的奥秘，为我们理解宇宙宏观和微观世界提供了新的线索。

FAST是怎样练成的

编者按：“中国天眼”（FAST）作为目前世界上最大的单口径射电望远镜，能洞穿“光年之外”，获悉宇宙“前世”……它在开放运行的第一年，成果即入选《自然》十大科学发现。

它有望在哪些科学领域取得突破？将向全球科学界开放的它，为何受到热切关注？本期“锐·聚焦”栏目将解读FAST的超能力，并据此了解它对全球科学家探寻宇宙奥秘的重要意义。

如今，提起“中国天眼”，可谓是家喻户晓了。

它的正式名称是“500米口径球面射电望远镜”，英文名为Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Tele⁃scope（简称FAST）。

FAST是目前世界上最大的单口径射电望远镜。

射电望远镜的口径越大，通常意味着用以接收电磁波的面积越大，望远镜的空间分辨率和灵敏度也就越高，能观测更小、更暗的天体。

那么，我国天文学家为什么要建这么一个望远镜呢？难道就只是为了争一个“世界之最”？当然不是。

FAST的起源，远比一般人想象中的复杂。

事情要从1993年说起。

那年，第24届国际无线电科学联盟大会在日本东京举行。

会上，包括中国在内的10个国家的天文学家共同倡议，想要在人类科技将地球的电磁环境彻底污染之前，建造一个接收面积达到1平方千米的射电望远镜阵列。

这个计划刚提出来时称作“大望远镜”，后来更名为“平方千米阵列（Square Ki⁃lometer Array，简称SKA）”。

对于“平方千米阵列要如何建设”的疑问，不同的国家提出了诸多的设计方案。

这些设计方案大致可以分为两大类：一类是以荷兰、美国方案为代表的“大量小望远镜”方案；另一类是以我国、加拿大方案为代表的“少量大望远镜”方案。

其中，在1994年，我国提出的方案KARST（Ki⁃文喻业钊逸黔南民族师范学院炼成的怎样·锐04科学24小时Science in24hours2021年第4期lometer-square Area Radio Synthesis Telescope，即平方千米面积射电综合望远镜）计划在贵州南部大片的喀斯特地貌中寻找大小合适的洼地，利用这些洼地建造大约30个有效口径200米的大射电望远镜组成的望远镜阵列，以实现SKA设计目标。

天文科学中的射电望远镜技术

天文科学中的射电望远镜技术随着时间的推移，人们对宇宙的研究越来越深入。

天文学家们使用各种仪器来研究宇宙，其中之一就是射电望远镜。

通过射电望远镜，天文学家可以收集宇宙中的射电信号，并解析这些信号中携带的信息。

虽然射电望远镜的工作原理与普通光学望远镜不同，但其在宇宙学，天体物理学，射电天体物理学和其他领域中都具有重要的应用价值。

本文将介绍射电望远镜的技术原理、种类、发展历程以及未来的前景。

一、射电望远镜的技术原理射电望远镜是一种用于接收和处理宇宙中的低频射电波的仪器。

这些信号常常被宇宙中的磁场，电离的气体和行星的磁场所产生。

在射电波段中，电磁波的波长比光波长长得多，可达数米之长。

因此，射电望远镜需要使用特殊的技术来接收和处理这些波长。

射电望远镜通常有两种工作原理：单天线技术和干涉技术。

1.单天线技术单天线技术是射电望远镜中最常用的技术之一。

在单天线技术中，接收器将信号转换为电流，并传送到接收器上，通过谐振器去除噪声和低频扰动，然后将信号放大并进行数字化处理。

因此，单天线技术适用于接收强信号和背景噪声相对较少的传输模式。

但是，这种技术是否能够接收足够强的信号取决于接收器的参数，如天线直径、角分辨率和灵敏度。

此外，单个天线不能确定接收方向，因此无法确定信号源的精确位置。

2.干涉技术干涉技术是另一种常用的射电望远镜技术。

与单天线技术不同，干涉技术通过将多个天线组合在一起来形成一个复合的接收器。

这个接收器会同时接收多个天线的信号，并利用干涉仪将它们合并在一起。

干涉技术使得望远镜能够得到更高分辨率的图像，因为信号源的方向可以通过使用多个接收器来确定。

此外，干涉技术还能够通过使用更多天线来提高信号的灵敏度和掩盖噪声。

二、射电望远镜的种类射电望远镜的种类非常多，每种望远镜都有适用于不同应用的特定功能。

以下是目前最常使用的几种望远镜。

1.单口径望远镜单口径望远镜是一种使用单个天线（称为开口）的望远镜。

它可以接收广泛的频率范围，通常在1.4至10米之间。

大型射电望远镜阵列揭示宇宙最冷之处真相

新浪科技讯北京时间１０月２８日消息回力棒星云
是已知宇宙中温度最低的地方。经测量。这个星云的温
度为１开氏度（即零下２７２．１５摄氏度），比大爆炸的背景
大型射电望远镜阵列揭示宇宙
最冷之处真相
［导读］天文学家利用阿塔卡玛大型毫米波天线阵
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科技信息
产力，并反哺为芦荟的基础研究提供经费支持。强化企
业的主体地位，按照市场需求，真正做到企业自主经营、
自负盈亏、自我发展，使企业愿意投入科研经费进行开发，采用新技术生产新产品，获得优质的高附加值产品。要建立ＨＡＣＣＰ与质量可追溯体系；扩大国际交流与合
形状，这也是其名称的由来。之后，哈勃太空望远镜的观
回力棒星云被称为是“ 宇宙中最冷之处” ，其真实形
察显示，该星云呈现类似蝶形领结的形状。最新的状于近日被阿塔卡玛大型毫米波天线阵ｆＡＬＭＡ１所揭
喷气推进实验室位于加州的帕萨迪纳。萨哈伊及其同
云时，他们看到的是一个非常经典的 ‘ 沙漏’ 形状， ” 萨哈
伊评论道， “ 许多行星状星云具有类似的双叶形状，这是高速气体流从恒星中发射出来而形成的。这些气流会在
周围的气体云中制造空洞，而气体云则是由较早时期，
以将这两种形状差异统一起来。

千眼天珠——环视苍穹的大阵

大国重器千眼天珠——环视苍穹的大阵文图 / 袁懋（中国科学院国家空间科学中心） 2023年9月27日，我国又一个大国重器——稻城太阳射电望远镜正式建成，开始履行国家赋予它的光荣使命。

“千眼天珠”——稻城太阳射电望远镜鸟瞰图稻城太阳射电望远镜（Daocheng Solar Radio Telescope，简称DSRT）是国家重大科技基础设施“空间环境地基综合监测网”——子午工程二期的主要支撑设备之一，由中国科学院国家空间科学中心运行管理。

这座射电望远镜有“千眼天珠”的雅号，这个名字是科学设备和民族文化的完美结合。

稻城太阳射电望远镜由313座口径为6米的小型望远镜组成。

这些小型单元分布在直径1000米的圆环上，组成了一个观测苍穹的大阵，浪漫的科学家将它们称为“千眼”。

稻城太阳射电望远镜位于四川省甘孜州稻城县海拔约3800米的金珠镇，那里是我国藏族聚居区之一。

天珠是高原藏区的一种宝石，又称天眼珠。

在藏族文化里，天珠被认为是珍贵的“天降石”，寓意着吉祥美好、健康财运。

加之高原上的天线阵俯瞰起来像是一颗颗宝石，因此也有了“天珠”的美丽名称。

由数百个小“锅”组成的望远镜“千眼天珠”——稻城太阳射电望远镜本质上是一座天文望远镜，观测的电磁波是射电波段。

这是一种波长比可见光更长的“光”，我们常见的手机通信、无线网络通信技术（WIFI）工作的频段就是射电波段。

大多数射电天文望远镜是单口径的，也就是只有一个“锅”，例如“中国天眼”FAST（全称为500米口径球面射电望远镜）。

但稻城太阳射电望远镜不一样，它是由数百个小“锅”组成的一个观测阵。

这种阵列望远镜，天文学上叫作综合孔径望远镜。

下图展示了大阵上的部分组成单元——口径6米的小望远镜，它们每一个都可以独立接收宇宙信号。

除了数百个小望远镜单元，大阵的中央还有一个高高的塔，被称为信号定标塔。

它的作用是什么呢？其实，它有点像交响乐队演奏前，用双簧管给整个乐队确定基准音。

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望远镜技术的射电望远镜阵列射电望远镜是一种利用电磁波进行天体观测的科学仪器，它通过收
集和分析来自宇宙各个角落的射电信号，帮助我们深入了解宇宙的起源、演化和结构。

为了提高观测效果和分辨率，研究人员逐渐开发了
射电望远镜阵列技术，即通过组合多个射电望远镜形成一个大型阵列，增强观测信号的强度并获得更高的分辨率。

一、射电望远镜阵列的原理和结构
射电望远镜阵列的原理是将多个望远镜通过电子设备和信号处理系
统进行联合观测，从而形成一个巨大的合成孔径，以实现高分辨率和
高灵敏度的观测。

这种技术利用了每个望远镜间的互相关函数，将它
们的信号加以组合，就像是将多个小的观测孔径叠加形成一个大的观
测孔径一样。

这种叠加可以大大提高观测到的信号强度，并且具备更
高的分辨率。

射电望远镜阵列通常由多个单独的望远镜组成，这些望远镜一般都
位于不同的地点，之间的距离可以相差几千米甚至更远。

每个望远镜
都可以单独观测天体，并将观测到的信号传输到一个中央处理器进行
数据融合和分析。

中央处理器会将各个望远镜的信号进行时间和相位
的校准，然后通过数学算法将这些信号叠加在一起，形成一个合成的
观测孔径。

最终，研究人员可以得到高分辨率的射电图像或观测数据。

二、射电望远镜阵列的优势和应用领域
射电望远镜阵列相比于单个望远镜具有许多优势。

首先，它可以大幅提高射电天文学的观测能力。

通过组合多个望远镜形成一个大型阵列，可以增加观测到的信号强度，提高灵敏度和解析度，从而更加准确地观测到宇宙中的物理现象。

其次，射电望远镜阵列还具备较大的观测频率范围，能够有效地观测到不同波长的射电信号。

这使得科研人员可以探索不同的天体结构和宇宙事件，深入研究宇宙的演化历史和物理过程。

射电望远镜阵列广泛应用于射电天文学领域，为科学家提供了丰富的观测数据和重要的研究发现。

例如，射电望远镜阵列可以用于探索宇宙微波背景辐射、研究射电脉冲星、监测和分析射电源，甚至寻找宇宙中的外星文明信号。

此外，射电望远镜阵列还可用于研究银河系内外的星系、中子星、黑洞、星际物质等多种天体和物理现象。

三、射电望远镜阵列的国际合作与未来发展
由于射电望远镜阵列需要多个望远镜的组合和联合观测，其建设和运营需要庞大的经费和人力资源。

因此，国际合作在射电望远镜阵列项目中扮演着重要的角色。

很多国家和地区的天文机构和科研机构积极参与到射电望远镜阵列的研发和建设中，共同推进射电天文学的发展。

例如，中国正在建设世界最大的射电望远镜阵列——中国天眼，而欧洲、美国等地也有多个射电望远镜阵列项目正在进行中。

随着科技的进步，射电望远镜阵列技术还将继续发展壮大。

未来，随着更多国家和地区的加入，射电望远镜阵列将拥有更多的望远镜、
更高的分辨率和更大的观测灵敏度，为宇宙研究和天文学迈上一个新的台阶。

综上所述，射电望远镜阵列技术通过联合多个射电望远镜的观测信号，可以大幅提高观测能力和解析度，对于研究宇宙的起源、演化和结构具有重要意义。

射电望远镜阵列具备广阔的应用领域，以及国际合作推动下的未来发展前景。

相信随着技术的不断进步，射电望远镜阵列将为我们揭开更多宇宙的奥秘，带来更多的科学发现。