射电望远镜摆迷魂阵
2018-11-19 08:48:03    《中国中学生报》

  

  
  一个小虫子在向着灯光靠近,它行走的路线是螺 旋线,高空中的雄鹰向着猎物靠近俯冲,它飞翔的轨 迹也是螺旋线,大自然还有很多这样的例子,比如气 象云图中的台风,向日葵的种子排列等等,它们被称 之为对数螺旋线。看上去一圈一圈向外伸展,各个地 方的弯曲度相同。
  
  大自然是一位数学家,只是人们并不了解这些, 后来的数学家了解这些以后,也想不到这些数学知识 有啥作用,但是,当代天文学家开始对这些螺旋线感 兴趣了,并不是遥远的星云是螺旋线这个原因,而是 他们要建造的射电望远镜阵需要使用这些数学知识。
  
  天文学家总是想有更强大的望远镜来观测宇宙, 光学望远镜已经没法建造的更大了,射电望远镜也无 法建造的更大。但是,射电望远镜单个的不行,却可 以组成阵列,组成阵列就相当于一架大型的射电望远 镜阵,阵列的外形看起来就像螺旋线。并不是因为这 样好看,而是这样做是工程技术上的需要,把射电望 远镜阵排列成不同的阵列,在经过数学处理,最后得 到直观的图像。
  
  中国的日像仪是三旋臂对数螺旋阵
  
  太阳也能发出射电辐射,太阳剧烈活动研究是太 阳物理研究的主要方向,所以,射电望远镜不仅能观 测宇宙深刻,也能观测太阳,日像仪就是这样一个观 测太阳的设备。
 
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  在内蒙古明安图观测站,中国建设了观测太阳 的设备,它的名字叫作新一代厘米—分米波射电日像 仪,它是一个 三臂螺旋阵 列。看上去中 间堆积着一大 堆射电望远 镜,却有三条 臂膀伸展开 来,就像是螺旋线那样,但这仅仅是大概外形,实际上很复杂,这 里面包含着两个阵列。这三条悬臂中,包含着两种射 电望远镜,高频和低频射电望远镜,两种射电望远镜 天线混合编排,所以它是高频和低频两个综合孔径阵 列。
  
  新一代厘米-分米波射电日像仪分布在10公里的 范围内,三旋臂对数螺旋阵共有100条天线。这是一 种近乎最优的排布,在太阳爆发的初始时刻,可以得 到良好的观测效果,为耀斑和日冕物质抛射等提供了 先进的观测手段,将极大地促进太阳物理和空间天气 科学的发展。
 
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  低频阵列是五臂对数螺旋阵列
  
  在欧洲大陆,多个国家联合建造了一个射电望远 镜网络,这就是由77架低频射电望远镜组成的低频阵 列。通常, 宇宙中存在 着很多高能 粒子,它们 在进入地球 大气层的过 程中,会与 空气中的分 子发生作 用,引发一系列反应,这个低频阵列能探测到高能粒 子进入到地球大气层引起的大气反应。
  
  低频阵列的天线看起来就像是刚刚栽植的树木, 为了稳定不被风吹到,每根木桩都拉起来多个辅助的 链条,帮助它向上站立。这跟传统的大锅形象发生了 巨大的改变,这个低频系统主阵在荷兰,其他分布在 德国、瑞典、法国和英国,由二万五千个这样的天 线构成,覆盖350平方公里的区域,它的阵列也很有 趣,那是个五臂螺旋阵列。
 
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  平方公里阵列是十面埋伏阵
  
  射电望远镜组成阵列的技术发展越来越成熟, 2016年,一个新的射电望远镜阵列就要开始建造,它 被称为平方公里镜阵(SKA)。它拥有3000个直径15 米抛物面蝶形天线和250组中频和低频孔径阵列,低 频阵列的成员包含一百多万个低频天线,分布范围大 于3000公里,光线收集区总面积约1平方公里,相当 于一台口径是一平方公里的射电望远镜阵,因此得名 “平方公里阵列”。该射电望远镜阵列的排布不仅包 含澳大利亚和新西兰,还伸延到非洲,两大洲的布局将具备无与伦比的观测范围,它是迄今为止人们建造 的最大的天文合作项目,因此,也极为庞杂,它使用 了多种多样的射电望远镜组阵列,而且阵列也是多种 多样。
 
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  其中包含有一种低频射电望远镜,被科学家戏 称为“蜘蛛”,它个子矮小就像是一个小支架趴在 地上,大小只有20多厘米,每16个“蜘蛛”组成一个 “小方阵”,128 个“小方阵”构 成了整个默奇森 宽场阵列。它既 是一个独立的项 目,也可以加入 更大的阵列,融 入镜阵列里面。
  
  澳大利亚加 上新西兰的阵列 总体上是一个五 旋臂对数螺旋阵列,非洲的那些传统的大型射电望远 镜,也就是高中频反射面天线,它们本身也组成阵 列,而且不止一个阵列,这些庞杂的阵列再加入更大 的平方公里镜阵列里面, 大阵里面套小阵,简直像十 面埋伏阵那样复杂。
  
  外星人看了会晕
  
  古代为了击溃敌人,将军们排兵布阵,现代的 天文学家也是这样,射电望远镜阵有很多阵列,最简 单的是一字阵,也就是很多望远镜排列成一条直线, 还有十字阵,当 然十字阵也可以 变形为T字阵。 比这复杂一些的 就是螺旋阵列, 三旋臂对数螺旋 阵、五臂对数螺 旋阵列,未来还 会出现更复杂的 七臂、八臂甚至 九臂螺旋阵列,这些螺旋阵列变化多端,种类繁多, 丝毫不逊于冷兵器时代古战场上的阵列。
  
  射电望远镜阵可以接收到外星文明的电磁信号, 它们本来就是为了寻找外星人建造起来的,外星人会 发现,随着地球的自转,一大片射电望远镜也在转 动,射电望远镜阵简直就是迷魂阵,外星人看到如此 奇妙的阵列,大概也会晕头转向,只能乖乖地被擒。
  
  北辰

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