無線電波如何幫助我們理解宇宙

人類使用我們可以用眼睛看到的可見光感知宇宙。然而,與我們使用來自恒星,行星,星云和宇宙的可見光所看到的相比,宇宙更多。宇宙中的這些物體和事件也會(huì)發(fā)出其他形式的輻射,包括無線電發(fā)射。這些自然信號(hào)填補(bǔ)了宇宙中物體如何以及為何表現(xiàn)的重要部分。

技術(shù)對(duì)話:天文學(xué)中的無線電波

無線電波是電磁波(光),但我們可以看到它們。它們的波長(zhǎng)在1毫米(千分之一米)和100公里(一公里等于一千米)之間。就頻率而言,這相當(dāng)于300千兆赫茲(1千兆赫茲等于10億赫茲)和3千赫茲。赫茲(縮寫為Hz)是常用的頻率測(cè)量單位。一個(gè)赫茲等于一個(gè)頻率周期。因此,1Hz信號(hào)是每秒一個(gè)周期。大多數(shù)宇宙物體每秒發(fā)射數(shù)百到數(shù)十億個(gè)周期的信號(hào)。

人們經(jīng)常混淆"無線電"排放與人們可以聽到的東西。那主要是因?yàn)槲覀兪褂脽o線電進(jìn)行通信和娛樂。但是,人類不會(huì)"聽到"來自宇宙物體的無線電頻率。我們的耳朵可以感知20 Hz至16000 Hz(16 KHz)的頻率。大多數(shù)宇宙物體以兆赫茲的頻率發(fā)射,這比耳朵聽到的要高得多。這就是為什么無線電天文學(xué)(連同x射線,紫外線和紅外線)經(jīng)常被認(rèn)為揭示了一個(gè)我們既看也聽不見的"隱形"宇宙。

宇宙中的無線電波源

無線電波通常由宇宙中的高能物體和活動(dòng)發(fā)射。太陽是地球以外最接近的無線電排放源。Jupiter也發(fā)出無線電波,Saturn發(fā)生的事件也是如此。

其中一個(gè)m太陽系以外和星路以外的強(qiáng)大的無線電發(fā)射源來自活躍的恒星(AGN)。這些動(dòng)態(tài)物體的核心是超大型黑洞。此外,這些黑洞發(fā)動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生大量的材料噴射,隨著無線電發(fā)射而明亮地發(fā)光。這些通??梢栽跓o線電頻率上超過整個(gè)galaxy。

脈沖或旋轉(zhuǎn)中子星也是無線電波的強(qiáng)大來源。當(dāng)大量恒星死于超新星時(shí),就會(huì)產(chǎn)生這些堅(jiān)固緊湊的物體。它們'在極限密度方面僅次于黑洞。憑借強(qiáng)大的磁場(chǎng)和快速的旋轉(zhuǎn)速率,這些物體發(fā)出廣譜的輻射,它們?cè)跓o線電中特別是"明亮"。像超大型黑洞一樣,強(qiáng)大的無線電射流也會(huì)產(chǎn)生,從磁極或旋轉(zhuǎn)的中子星發(fā)出。

許多脈沖被稱為"無線電脈沖"因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)大的無線電發(fā)射。事實(shí)上,來自費(fèi)米γ射線太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)顯示,伽馬射線中出現(xiàn)最強(qiáng)的新型脈沖的證據(jù),而不是更常見的無線電。它們的創(chuàng)建過程保持不變,但它們的排放告訴我們更多關(guān)于每種物體所涉及的能量。

Supernova殘余物本身可以是特別強(qiáng)的無線電波發(fā)射體。螃蟹星云以其無線電信號(hào)而聞名,該信號(hào)提醒天文學(xué)家Jocelyn Bell它的存在。

無線電天文學(xué)

無線電天文學(xué)是對(duì)空間中發(fā)射射頻的物體和過程的研究。迄今為止檢測(cè)到的每個(gè)來源都是自然發(fā)生的。通過無線電望遠(yuǎn)鏡在地球上拾取排放物。這些是大型儀器,因?yàn)闄z測(cè)器區(qū)域必須大于可檢測(cè)波長(zhǎng)。由于無線電波可能大于一米(有時(shí)會(huì)大得多),范圍通常超過幾米(有時(shí)跨越30英尺或更多)。有些波長(zhǎng)可以和山丘一樣大,所以天文學(xué)家已經(jīng)建立了擴(kuò)展的無線電望遠(yuǎn)鏡陣列。

收集面積越大,與波長(zhǎng)相比,無線電望遠(yuǎn)鏡的角度分辨率越好。(角度分辨率是衡量?jī)蓚€(gè)小物體在無法區(qū)分之前的接近程度。)

無線電干涉測(cè)量法

由于無線電波可以具有非常長(zhǎng)的波長(zhǎng),因此標(biāo)準(zhǔn)的無線電望遠(yuǎn)鏡需要非常大才能獲得任何精度。但是由于建造健身房尺寸的無線電望遠(yuǎn)鏡可能成本過高(特別是如果您希望它們具有任何轉(zhuǎn)向能力),因此需要另一種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果。

無線電干涉測(cè)量技術(shù)是在20世紀(jì)40年代中期開發(fā)的,旨在實(shí)現(xiàn)從非常大的盤子中無需花費(fèi)即可獲得的角度分辨率。天文學(xué)家通過彼此平行使用多個(gè)探測(cè)器來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。每個(gè)人都與其他人同時(shí)研究同一個(gè)對(duì)象。

這些望遠(yuǎn)鏡一起工作,有效地就像一個(gè)巨大的望遠(yuǎn)鏡一樣-整個(gè)探測(cè)器組的大小。例如,非常大的基線陣列具有相距8000英里的探測(cè)器健康生活小知識(shí)。理想情況下,不同分離距離的許多無線電望遠(yuǎn)鏡陣列將一起工作,以優(yōu)化收集區(qū)域的有效尺寸,并提高儀器的分辨率。

隨著先進(jìn)通信和定時(shí)技術(shù)的發(fā)展,使用彼此相距很遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡(來自全球各地甚至地球周圍的軌道)已經(jīng)成為可能。被稱為超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI),該技術(shù)顯著提高了單個(gè)無線電望遠(yuǎn)鏡的能力并允許研究人員探索宇宙中一些最動(dòng)態(tài)的物體。

無線電'與微波輻射的關(guān)系

無線電波段也與微波波段(1毫米至1米)重疊。事實(shí)上,通常被稱為無線電天文學(xué),實(shí)際上是微波天文學(xué),盡管一些無線電儀器確實(shí)檢測(cè)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1米的波長(zhǎng)。

這是一個(gè)混亂的根源,因?yàn)橐恍┏霭嫖飳⒎謩e列出微波波段和無線電波段,而其他出版物將簡(jiǎn)單地使用術(shù)語"無線電"包括經(jīng)典無線電波段和微波波段。

由Carolyn Collins Petersen編輯和更新。

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