无线电波是什么?它能让我们看到宇宙,还能解开很多的谜团(3)

2021-12-14 15:59     互联网

受到詹斯基研究的启发,一个名叫格罗特·雷伯的人在伊利诺斯州的后院建造了一个射电望远镜。 1937年,他完成了直径31英尺的望远镜,并用它来观察整个天空,看看无线电波是从哪里来的。 然后,根据他从射电望远镜收集到的数据,他绘制了第一张“射电天空”的地图。

射电望远镜科普

你能看到可见光,是因为可见光光子以小波的形式传播,而且你的眼睛很小。 但是因为无线电波很大,你的眼睛需要很大才能探测到它们。 因此,普通望远镜的直径只有几英寸或英尺,而射电望远镜则要大得多。 西弗吉尼亚州的绿岸望远镜宽度超过300英尺,如下图所示。

 

图示:尽管此处所示的“绿色银行望远镜”这样的仪器可能看起来不像传统的望远镜,但它们的工作方式大致相同,但它们检测的是无线电波而不是可见光。 然后,他们将人眼看不到的那些无线电波变成科学家可以解释的图片和图表。

位于波多黎各丛林中的阿雷西博望远镜几乎有1000英尺宽。 它们看起来像巨大版本的卫星电视天线,但它们的工作原理却像普通的望远镜。

要使用普通的望远镜,你需要把它指向太空中的一个物体。 从这个物体发出的光线会照射到一个镜子或者镜头上,镜子或者镜头会把光线反射到另一个镜子或者镜头上,然后镜子或者镜头又会把光线反射到你的眼睛或者相机上。

当天文学家将射电望远镜对准太空中的某物时,来自太空的无线电波会击中望远镜的表面。 表面可能是有孔的金属,叫做网状结构,或者像铝一样的固体金属,它的作用就像是无线电波的镜子。 它把它们反射到第二个“射电镜” ,然后被反射成天文学家所说的“接收器”射电望远镜的一部分,接收射电波并将其转换成图像。 接收器和照相机一样: 它把无线电波转换成图像。 这张图片显示了无线电波的强度以及它们从天空的哪里来。

无线电视觉

当天文学家寻找无线电波时,他们看到的物体和事件与他们寻找可见光时看到的不同。 在我们的眼睛或普通望远镜看来是黑暗的地方,在无线电波中发出明亮的光芒。 例如,恒星形成的地方充满了尘埃。 这些灰尘阻挡了光线到达我们这里,所以整个区域看起来就像一团黑色的东西。 但是当天文学家把射电望远镜转向那个点时,他们可以透过尘埃看到: 他们可以看到一颗恒星诞生了。

当天文学家把射电望远镜转向那个点时,他们可以透过尘埃看到: 他们可以看到一颗恒星诞生了

恒星诞生于太空中巨大的气体云中。 首先,气体凝聚在一起。 然后,由于重力的作用,越来越多的气体被吸引到这个团块中。 树丛变得越来越大,越来越热。 当它足够大、足够热的时候,它开始将存在的最小的原子氢原子聚合在一起。 当氢原子相互碰撞时,他们产生氦,一个稍微大一点的原子。 然后,这团气体成为一颗正式的恒星。 射电望远镜拍摄这些新生恒星的照片。

射电望远镜也能显示出最近恒星的秘密。 我们从太阳看到的光线来自接近太阳表面的地方,大约9000华氏度。 但是在地表之上,温度达到了10万华氏度。 射电望远镜帮助我们更多地了解这些发射无线电波的高温部分。

我们太阳系的行星也具有无线电特性。 射电望远镜向我们展示了环绕天王星和海王星的气体以及它们是如何运动的。 木星的北极和南极在无线电波中发光。 如果我们向水星发射无线电波,然后用射电望远镜捕捉反射回来的无线电波,我们可以绘制一幅几乎和谷歌地球一样好的地图。

当它们看得更远时,射电望远镜向我们展示了宇宙中一些最奇怪的物体。 大多数星系的中心都有超大质量黑洞。 黑洞是拥有大量质量的物体挤压在一个很小的空间里。 这种质量给予它们如此大的引力,以至于任何东西,甚至光,都无法逃脱它们的引力。 这些黑洞吞噬着恒星、气体和任何靠得太近的东西。 当这些不幸的物质感受到黑洞的引力时,它们首先会绕着黑洞旋转。 随着它越来越近,速度越来越快。 巨大的电磁辐射射流或柱状物质不能进入黑洞(有时比整个星系还要宽)形成于黑洞的上方和下方。 射电望远镜显示了这些喷流的活动。

像这些黑洞这样的大质量物体扭曲了空间的结构,称为时空。 想象一下把一个很重的保龄球放在蹦床上。 蹦床下垂了。 太空中沉重的东西使时空像蹦床一样下陷。 当来自遥远星系的无线电波穿过这个凹陷到达地球时,这个形状就像地球上的放大镜星云的形状: 望远镜接着就能看到这个遥远星系更大、更明亮的图像。

中心有超大质量黑洞的星系可以射出比银河系宽更高的物质和辐射束,就像这里看到的那样

射电望远镜还有助于解决宇宙中最大的谜团之一: 暗能量是什么? 暗能量的作用与引力相反,它将宇宙中的一切推得更远。 宇宙每一秒都在变大。 它每秒钟变得越来越大,越来越快,因为“暗能量”与引力相反: 它不是把所有东西拉在一起,而是把所有东西推得更远。

但是暗能量到底有多强呢? 射电望远镜可以帮助科学家回答这个问题,方法是观察“超级天体——一种在太空中发射无线电波的天然激光器,而不是像激光指示器发出的红光或绿光。” 在宇宙的某些地方自然发生,超级激光有点像地球上的激光,但它发出的是无线电波,而不是我们能看到的红光或绿光。 科学家们可以用超级玩家来确定暗能量的细节。 如果科学家们能够计算出这些超级黑洞有多远,他们就可以知道不同的星系有多远,然后他们就可以计算出这些星系离我们的速度有多快。

满满的工具箱

如果我们只用望远镜观测可见光,我们就会错过宇宙中大部分的活动。 想象一下,如果医生只有一个听诊器作为工具。 他们可以了解很多关于病人心跳的信息。 但是如果他们有一台 x 光机、一张超声波图、一台核磁共振仪器和一台 CT 扫描仪,他们可以学到更多。 有了这些工具,他们可以更全面地了解病人体内发生的情况。 天文学家将射电望远镜与紫外线、红外线、光学、 x 射线和伽马射线望远镜结合使用的原因是一样的: 为了得到宇宙中发生的一切的完整图像。

射电望远镜还有助于解决宇宙中很多的谜团

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