互联网 qkzz.net
全刊杂志网:首页 > 旅游民俗 > 文章正文
刊社推荐

喀斯特里有天眼——阿雷西波望远镜


□ 金文驰,陈砚

  金文驰 陈砚

  在大西洋西部、南北美洲之间的加勒比海的东北部,有一个名为波多黎各的热带小岛。驱车行驶在该岛西北部山区的狭窄公路上,蓝天白云下不时可见牛群在碧绿起伏的草场上漫步,好一派闲适的乡村景象。这里的喀斯特地貌很典型,溶洞、漏斗是常见的景观。然而,如果不是事前了解,谁能想到目前世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜——阿雷西波望远镜——竟然就藏身于如此偏远的山区,而且还是在一个天然的喀斯特漏斗里!虽然在空中能够看见阿雷西波望远镜的壮观身影,但是在地面上,不到最后一刻是绝对看不见它的。

  我们刚刚停好车,引导人员便热情地向我们打招呼,给我们指引参观路线,还特别提醒我们一定要关闭手机,因为这里的信号太强,会对手机造成损害。环顾四周,我们注意到明显的“禁用手机”的提示牌,这着实让我们摸不着头脑,一个接收微弱宇宙射线的射电望远镜能有这么大的能量?

  我们早在好莱坞影片《007之黄金眼》和《超时空接触》中见识过阿雷西波望远镜的恢弘气势,然而,只有亲眼见到,才知其远比想象中壮观。直径达305米的银色球面反射天线占满了喀斯特漏斗底部,四周峰林环立、翠意沁人,科技和自然在这里展示出壮美而微妙的对比。更绝的是.望远镜的信号接收器被高悬在距反射天线底部137米的空中,悬挂它的钢索由坐落在漏斗外的三座高塔支撑。整个望远镜系统格外庞大,在地面上几乎不可能拍下它的全貌。这里也是美国国家天文学和电离层研究中心,属于美国国家科学基金会,现由康奈尔大学负责望远镜的维护和运行。

  充满创意的科学工程

  我们使用光学望远镜的原理是利用可见光讲行观察,与之不同的是,射电望远镜利用肉眼无法察觉的电磁波来探索宇宙的秘密。上世纪30年代,一位名叫格罗特·雷伯( Grote Reber)的工程师在自家后院里制造出了人类首台抛物面射电望远镜。它虽然只有一台小小的类似锅盖的抛物面天线,却已经能用来定位银河系中一些电磁波的方位了。射电望远镜没有光学望远镜那样繁杂的透镜组,其主体结构只有两个——用来反射并聚集微弱宇宙射电的天线和收集信号的接收系统。不过,来自茫茫宇宙的射线是如此的微弱,以至于从射电望远镜诞生至今,全世界所有射电望远镜接收到的射电能量也只相当于几滴雨滴落到地面所释放的能量。为了提高射电望远镜探测微弱信号的灵敏度和分辨两个相邻射电源的分辨率,反射天线的面积自然是越大越好,这也正是阿雷西波望远镜口径如此之大的原因之一。目前,中国科学家正在贵州省平塘县建设直径为500米的球面射电望远镜,落成后它将超越阿雷西波望远镜而成为世界第一大单口径射电望远镜,其综合性能预计将比阿雷西波提高10倍。

  阿雷西波望远镜的设想是由被誉为“阿雷西波之父”的康纳尔大学电子工程系教授威廉·戈登( William E.Gordon)在上世纪50年代提出的。戈登并不是天文学家,他的研究兴趣集中在电离层。当时由于设备技术的限制,要全面探究电离层的奥秘是一件很困难的事,戈登因此设想,如果可以用一个大型的雷达系统来研究电离层该多好啊!通过计算他发现,需要直径至少达305米的天线才能满足这一需求。如果按常规的“锅盖”式抛物面天线建造,所需资金将是一个天文数字,而且将一个直径超过300米的“锅盖”支撑起来并保证其在日后的使用中能够经常转向,技术上也是一大难题。权衡之后,戈登将设计方案改为固定的球面天线,这样一来只需要信号接收器转向就行了。可是,要为如此庞大的天线找一个家也不是一件容易的事,既要求纬度低便于观测,又要求适宜的地形。波多黎各岛所处纬度与我国海南岛相当(约北纬18°),阿雷西波市南面的喀斯特山区正好有一个巨大的漏斗,可以容纳这一庞然大物。

  站在距反射天线边缘60米高的观景台上俯视,深50米、直径305米的球面天线在阳光下显得格外耀眼,乍一看只觉眼下白茫茫一片,难以想象这个硕大天线的面积竞相当于7.6个足球场。因气候湿热,天线底部附着了大量苔藓和藻类,显出些许绿色。要不是观景台外展示着一块用来铺建天线的铝网,我们还以为这庞然大物是用铝板拼成的呢。整个天线由38778块长203厘米、宽101厘米的铝网构成,每一块的位置和角度都经过精心调整,以保证由它们构成的球面误差不超过两毫米。

  被天线反射的射电信号由悬挂在距天线底部137米高处的接收器接收。由于球面天线反射的信号不是汇聚到一个点而是汇聚在一条线上,望远镜就有了一个长达29米的430兆赫的线性接收器。不能将微弱的信号聚集到一个焦点上的确是一大憾事,于是1997年科学家又给望远镜安装了一个六层楼高的格雷戈里反射系统,也就是我们现在看到的白色半球体。通过系统内两块直径分别为22米和8米的反射器,终于可以将天线反射的射电信号汇聚到一个点上。詹姆斯·格雷戈里是17世纪苏格兰著名的数学家,也是爱丁堡大学的首位数学教授,他发明了可以消除色差的反射式望远镜。300多年后的今天,他发现的原理被运用到阿雷西波望远镜这样的精密设备上。格雷戈里反射系统内除安装有射电信号和微波接收器外,还有强大的电磁波发射器,它和线性接收器上的发射装置都可以向特定星体发射电磁脉冲,并接收目标星体反射回来的信号。这一探天返地的脉冲功率很大,可以达到2.5兆瓦,这正是我们在人口处被告知需要关闭手机以免损坏的原因。看来,阿雷西波不仅能“看”宇宙,还能自己发射信号来主动探测宇宙。同时,为了最大限度地降低接收器自身的噪音,阿雷西波望远镜接收器所处的温度必须保持在只比绝对零度(-273.15qC)高约11℃的范围内,其接收到的信号通过线缆传送到研究中心处理与保存。

分享:
 
摘自:大自然 2011年第02期  
更多关于“喀斯特里有天眼——阿雷西波望远镜”的相关文章
    分享:
     
    精彩图文
    关键字
    支持中国杂志产业发展,请购买、订阅纸质杂志,欢迎杂志社提供过刊、样刊及电子版。
    关于我们 | 网站声明 | 刊社管理 | 网站地图 | 联系方式 | 中图分类法 | RSS 2.0订阅 | EMS快递查询
    全刊杂志赏析网 2016