瞭望宇宙的大眼睛 全球巨型望遠鏡點將錄

2016-07-04 13:04

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美國西維吉尼亞州的綠岸電波望遠鏡(Green Bank Telescope)(Geremia@Wikipedia, Public Domain)

美國西維吉尼亞州的綠岸電波望遠鏡(Green Bank Telescope)(Geremia@Wikipedia, Public Domain)

中國剛完成了500公尺口徑球面電波望遠鏡(FAST)的主體工程,它刷新了世界最大單口徑電波望遠鏡(radio telescope)的紀錄。望遠鏡從誕生起就一直在向「比大、更大」的方向發展,如今全球已有多個種類的巨型望遠鏡。

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一般認為伽利略發明望遠鏡,當他把兩塊鏡片組成最原始的望遠鏡時,其口徑和今天家用的望遠鏡差不多,都是以公分計算。望遠鏡的口徑越大,能收進的光就越多,在天文觀測中就越有利,因此光學望遠鏡越來越大。

30公尺望遠鏡(Thirty Meter Telescope,TMT)(TMT Observatory Corporation)
30公尺望遠鏡(Thirty Meter Telescope,TMT)(TMT Observatory Corporation)

目前國際天文學界正計劃在美國夏威夷建設一個口徑達30公尺的光學望遠鏡(optical astronomy),將成為世界最大的光學望遠鏡,名稱就叫「30公尺望遠鏡」(Thirty Meter Telescope,TMT)。但是興建計劃遭遇當地民眾強烈抗議,能否進行至今仍有變數。

電波望遠鏡功能更強

與電波望遠鏡的規模相比,光學望遠鏡就是小巫見大巫了。電波望遠鏡收集的訊號是來自宇宙的電磁波,可以探測到光學望遠鏡看不到的許多東西。上個世紀,天文學界借助電波望遠鏡發現了脈衝星(pulsar)、宇宙微波背景輻射(CMB)等許多重大成果。由於電波望遠鏡所收集電磁波的波長往往較長,所以需要較大的尺寸,現在都要百公尺口徑才上得了檯面。

波多黎各(Puerto Rico)阿雷西波天文台(Arecibo Observatory)(H. Schweiker/WIYN and NOAO/AURA/NSF.@Wikipedia, Public Domain)
波多黎各(Puerto Rico)阿雷西波天文台(Arecibo Observatory)(維基百科)

比如德國波昂(Bonn)附近的埃費爾斯貝格(Effelsberg)電波望遠鏡、美國西維吉尼亞州的綠岸電波望遠鏡(Green Bank Telescope)口徑都是100公尺,而波多黎各(Puerto Rico)阿雷西波天文台(Arecibo Observatory)的電波望遠鏡口徑超過300公尺。

德國埃費爾斯貝格(Effelsberg)電波望遠鏡(Dr. Schorsch@Wikipedia / CC BY-SA 3.0)
德國埃費爾斯貝格(Effelsberg)電波望遠鏡(Dr. Schorsch@Wikipedia / CC BY-SA 3.0)

大部分電波望遠鏡都是被動接受電磁波訊號,但也有少數可以主動發射訊號,相當於一個大雷達。

中國在貴州建設的500公尺口徑球面電波望遠鏡,最後一塊反射面單元3日成功吊裝,標誌著主體工程順利完工,預計今年9月全部竣工。它擁有30個足球場大的接收面積,與德國波昂的100公尺電波望遠鏡相比,靈敏度提高約10倍。

位於中國貴州省的世界最大單口徑射電望遠鏡「500米口徑球面射電望遠鏡」(FAST)(美聯社)
位於中國貴州省的世界最大單口徑電波望遠鏡「500米口徑球面射電望遠鏡」(FAST)(美聯社)

多座電波望遠鏡組成陣列

500公尺就是電波望遠鏡的規模極限了嗎?就單個望遠鏡而言要做得更大很難了,但科學家們還有一個方法,就是用多座電波望遠鏡組成一個陣列(array),它們可以分布在遼闊的地理空間,對收集的訊號進行綜合分析,就相當於有了一個超大的望遠鏡。

平方公里陣列望遠鏡(SKA)(SKA Project Development Office and Swinburne Astronomy Productions@Wikipedia / CC BY-SA 3.0)
平方公里陣列望遠鏡(SKA)假想圖(SKA Project Development Office and Swinburne Astronomy Productions@Wikipedia / CC BY-SA 3.0)

目前,國際天文學界正在南非和澳洲建設這樣一個「平方公里陣列望遠鏡」(Square Kilometre Array,SKA)。由名稱可知,它建成後單是收集訊號的面積就可以達到一平方公里,加上分布在從非洲到大洋洲的遼闊空間,其觀測能力現有其他設備無可比擬。

美國西維吉尼亞州的綠岸電波望遠鏡(Green Bank Telescope)(NRAO/AUI@Wikipedia / CC BY 3.0)
美國西維吉尼亞州的綠岸電波望遠鏡(Green Bank Telescope)(NRAO/AUI@Wikipedia / CC BY 3.0)

相信隨著30公尺口徑光學望遠鏡、500公尺口徑電波望遠鏡、平方公里陣列望遠鏡等巨型望遠鏡的陸續建成和投入使用,人類將會發現宇宙中更多的奧秘。

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