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世界最大射电望远镜落成 视力超过“哈勃”10倍

2019-11-08 17:55:46来源:励志吧0次阅读

3月12日,智利北部阿塔卡玛沙漠,阿塔卡玛射电望远镜在星辉斑斓中屹立。 新华社发

昨日,世界上迄今为止范围最大的地面射电望远镜阵列项目——阿塔卡玛射电天文望远镜全部落成并投入使用,揭开遮蔽我们视野的宇宙大幕。它可以帮助天文学家捕捉到宇宙中更加寒冷的天体(分子气体、星尘、大爆炸辐射等)并提供正在构成当中的星系、恒星或行星的图象。建成后的66个抛物面天线作为1架巨大的射电望远镜工作,具有0.01角秒的分辨率,相当于能看清500多千米外的1分硬币,其视力超过“哈勃”太空望远镜10倍。

66个抛物面天线组成

它的建设工程始于2002年,是由东亚、欧洲和北美1些国家参与的国际项目。天线阵的建设地是智利北部海拔5000米的阿塔卡玛沙漠,全部天线阵有总计66个抛物面天线。望远镜将主要用于取得有关星系和行星演变的数据,寻觅新天体和探访宇宙中是否是存在能进化成生命的物质。

就在去年,这1装备的观测结果确认在1颗褐矮星,即所谓“失败的恒星”周围存在1个原行星尘埃盘。同时还对围绕北落师门(南鱼座α)运行的行星进行了观测,并确认这些行星比本来认为的更小。

66台望远镜全部建成以后,天文学家们预计将会有更多更大的发现。这台设备在毫米波段工作,这是1种波长比无线电波更短但是比可见光更长的电磁波。在这1波段科学家们将可以窥见围绕年轻恒星的低温尘埃带,并视察原始行星的构成。

可观测地球大小行星

美国国家科学基金会天文学分部主管詹姆斯·列维斯塔德在本月5日的1次新闻发布会上表示,利用这1装备,天文学家们将可以探测到地球大小的行星。他表示:“阿塔卡玛望远镜已观测到在恒星周围存在尘埃环,这些尘埃环非常窄,模型显示这些狭窄的尘埃环间隙中存在行星体。”他说:“虽然你看不到这些行星本身,但是你可以看到这些行星酿成的影响。而这也将是阿塔卡玛望远镜设备进行系外行星观测的主要方式。”

自从1995年发现第1颗系外行星以来,科学家们已找到了数千颗多是系外行星的疑似目标。仅仅是美国宇航局1家,其发射的专用于搜索系外行星的开普勒空间望远镜迄今已发现2740颗这类疑似目标。在搜索活动的早期,科学家们最早发现的是那些木星大小的系外行星体,而随着技术的进步和观测时间的积累,科学家们逐步开始发现地球大小的系外行星。

而在这其中所缺失的环节便是行星构成的初期阶段。现有科学理论认为太阳系是在早期的原始太阳星云中构成的。随着这些尘埃颗粒之间的相互碰撞,积聚,成长,原始的行星开始构成。但是年轻的恒星系统周围常常“云遮雾绕”,在光学或可见光波段难以窥见其全貌。而这便是阿塔卡玛望远镜设备的发挥其能力的舞台。

这1装备在归属上由欧洲南方天文台管理。欧南台阿塔卡玛望远镜项目主管沃尔夫冈·怀尔德表示:“我们将会目击闻所未闻的宇宙场景。”他表示,阿塔卡玛望远镜将目击低温气体逐步构成原行星,并了解行星从恒星周围的尘埃盘中逐渐构成的进程。

中国科学家参与超导探测器研制

————本报专访中科院紫金山天文台研究员单文磊

问:阿塔卡玛望远镜阵列落成有何意义?和哈勃望远镜相比,有何优势?

答:在宇宙学研究中,观测设备与其说叫“望远镜”,不如说是“望古镜”。距离我们越遥远的天体发射的光需要更漫长的时间才能被我们接收到。因此看得越远,意味着越能够穿越时空,看到宇宙初期的样子。阿塔卡玛望远镜不但在分辨能力上高于哈勃望远镜,而且能够看到哈勃望远镜看不到的初期宇宙的图景。这是由于宇宙膨胀造成早期宇宙中的光线波长变长(科学上叫红移)而落入望远镜的观测频段。

正由于如此,阿塔卡玛望远镜是研究1百亿年之前宇宙从黑暗时期破壳而出的第1代恒星和星系的最好观测设备。对距离我们较近的天体,阿塔卡玛望远镜仰仗其高分辨率,能够揭穿正在构成的幼年恒星的模样,而且能够发现那些幼年恒星周围正在构成的行星。这些行星中的1些将一定孕育地外生命和文明。除此以外,阿塔卡玛望远镜还有1个重要特点,它能够通太高精度光谱分析出被观测天体组成的化学成份,探知宇宙这个化学实验室的运行和演变规律。

问:阿塔卡玛望远镜的分辨率到达0.01角秒,相当于甚么概念?

答:望远镜的分辨本领取决于被探测光的波长和天线口径的比例。波长越短,口径越大,望远镜的分辨本领越高。如果将人的眼睛当作望远镜的话,阿塔卡玛望远镜所观测的光的波长要比人眼看到的光的波长要长,大约是300微米(人的头发直径约是50微米)至3毫米,要到达人眼的分辨率,需要2米至20米的口径。

但是阿塔卡玛望远镜最大等效口径到达了18千米,分辨率比人眼高1千万倍,到达了0.01角秒。这个分辨率足够在北京看到南京的1辆普通小轿车,超过了哈勃望远镜的0.02角秒的分辨率。技术上建造这样大的高精度单天线望远镜是不可能的。目前最大的单天线射电望远镜是美国的阿雷西博望远镜,口径305米。我国正在贵州建造1个更大的单天线望远镜口径为500米。

问:为何建在高海拔的智利沙漠高原?

答:望远镜建造在海拔5000米的智利阿塔卡玛高原上。这个地方海拔高,水汽少,附近南美洲西岸的低温洋流更使得这里异常干燥。

在这里建造是由于水汽对望远镜有显著的影响,对毫米波、亚毫米波有强烈的吸收。存在较多水汽时,好像隔着毛玻璃看星空,观测效果会大打折扣。因此这个波段的望远镜都建造在水汽少,海拔高的地方。我国的大口径毫米波望远镜是紫金山天文台的德令哈13.7米口径望远镜,就坐落在青海省德令哈市附近海拔3000米的地点。

问:中国科学家在阿塔卡玛望远镜项目中有贡献吗?

答:阿塔卡玛望远镜是灵敏度最高的观测设备,能够探知宇宙深处原子的扰动。这得益于每面天线后面的高灵敏度超导探测器。这些探测器被冷却到接近绝对零度(零下270摄氏度),在这样的低温下,组成探测器的原子几近凝结不动,热噪声被消除,来自天体的微弱信号才能够被感知。

超导探测器类似人视网膜上的灵敏的感光细胞,是阿塔卡玛望远镜的核心器件之1,而这类超导探测器技术恰好是中国科学院紫金山天文台的特长。阿塔卡玛望远镜是国际大科学工程,由欧洲、北美和亚洲共同出资建造。中国虽然没有正式加入该项目,但中国科学院紫金山天文台于2004年与日本国立天文台签署关于阿塔卡玛望远镜共同研究的备忘录,并以单文磊研究员、史生才研究员为主参与阿塔卡玛两个波段的超高灵敏度接收机的研制工作。中国科研人员在这两个波段超导探测器的研制工作中起到了关键作用,所设计的探测器被阿塔卡玛望远镜所利用。在66面阿塔卡玛望远镜的每一个中都包括中国科学家的贡献。

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