孫建民 貴州省無(wú)線電監(jiān)測(cè)站

射電天文與無(wú)線電

孫建民 貴州省無(wú)線電監(jiān)測(cè)站

射電天文學(xué)（Radio Astronomy）是通過(guò)接收來(lái)自宇宙的無(wú)線電波，進(jìn)行天文學(xué)研究的一門科學(xué)，是天文學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。它是以無(wú)線電接收技術(shù)為手段，觀測(cè)的對(duì)象幾乎涉及所有的天體。射電天文是無(wú)線電業(yè)務(wù)的一個(gè)大類，從它的英文名稱就能知道，射電的英文與無(wú)線電的英文單詞都是“Radio”。

與歷史悠久的天文學(xué)相比，射電天文學(xué)是一門年輕的學(xué)科，它誕生于二十世紀(jì)三十年代初，美國(guó)貝爾電話公司的工程師卡爾?央斯基（Karl Jansky）在做短波無(wú)線電通信實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了來(lái)自銀河系中心的人馬座方向的無(wú)線電波，從此掀開(kāi)了人類利用無(wú)線電波進(jìn)行天文學(xué)研究的序幕。

第二次世界大戰(zhàn)以后，一些雷達(dá)科技人員將雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于射電天文，射電天文研究得以較快地發(fā)展。二十世紀(jì)六十年代的天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)：類星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射都是通過(guò)射電天文的手段獲得的。與傳統(tǒng)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，射電天文望遠(yuǎn)鏡具有很多優(yōu)勢(shì)：可以不分晝夜進(jìn)行觀測(cè)；無(wú)線電波可以穿透大氣層，因此射電天文觀測(cè)也不受天氣的影響；射電天文望遠(yuǎn)鏡還可以深入到光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看不到的宇宙深處，探索被塵埃遮蔽的廣闊未知空間。

圖中展示了光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的銀河圖像，相比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，射電天文望遠(yuǎn)鏡可觀測(cè)到更多的天文現(xiàn)象。從上到下依次是408MHz射電連續(xù)譜，21cm中性氫，2.4～2.7GHz射電連續(xù)譜和光學(xué)觀測(cè)到的銀河圖像。

不同的電磁頻譜看到的銀河圖像 圖片由國(guó)家天文臺(tái)提供

射電天文觀測(cè)需要大口徑的天線和高靈敏度的接收機(jī)。大口徑的天線可以通過(guò)增大單面天線的口徑和多面天線組成綜合孔徑天線陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前世界上最大的單口徑射電天文望遠(yuǎn)鏡是位于我國(guó)貴州省平塘縣的500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡（FAST），于2016年9月25日建成，從FAST望遠(yuǎn)鏡的提出到建成歷時(shí)22年，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可以在宇宙形成、脈沖星觀測(cè)、地外生命探索等多個(gè)方面開(kāi)展科學(xué)研究，是我國(guó)重點(diǎn)推進(jìn)的大科學(xué)項(xiàng)目。

射電天文望遠(yuǎn)鏡接收宇宙極其微弱的無(wú)線電波，在80多年的發(fā)展中，全世界的射電天文望遠(yuǎn)鏡所收集的無(wú)線電能量不足以翻動(dòng)一頁(yè)書(shū)。天文學(xué)家希望在整個(gè)無(wú)線電電磁頻譜上進(jìn)行天文學(xué)觀測(cè)，但在無(wú)線電通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天卻是相當(dāng)困難的，天文學(xué)家甚至發(fā)出了在無(wú)線電電磁環(huán)境受到污染之前，讓人類再看一眼宇宙的呼吁。

射電天文望遠(yuǎn)鏡容易受到人類無(wú)線電波的干擾，主要的干擾源有：

1.按照無(wú)線電波的傳播特性，低于40MHz的無(wú)線電發(fā)射不論位于世界的任何地方，都會(huì)對(duì)射電天文產(chǎn)生影響。

2.來(lái)自航空、航天飛行器和人造地球衛(wèi)星的無(wú)線電發(fā)射和它們反射地面的無(wú)線電波形成的干擾，在某種程度上已成為干擾射電天文的難題，而且在整個(gè)地球都存在，通過(guò)更改臺(tái)址和地方管理部門保護(hù)的方法都不能避免這類干擾。

3.在射電天文臺(tái)址附近，不在射電望遠(yuǎn)鏡工作頻段內(nèi)發(fā)射的無(wú)線電臺(tái)和工科醫(yī)設(shè)備的電磁輻射，由于對(duì)電磁環(huán)境的背景噪聲作出了貢獻(xiàn)，也會(huì)對(duì)射電天文觀測(cè)造成不利影響。

為保護(hù)射電天文望遠(yuǎn)鏡的正常觀測(cè)，通常采取以下辦法減少無(wú)線電干擾對(duì)射電天文的影響：

1.在射電望遠(yuǎn)鏡選址時(shí)，預(yù)選站址的電磁環(huán)境是需要首先考慮的重要條件。選擇遠(yuǎn)離繁華城市，地理位置比較偏僻，電磁干擾比較小，電磁背景比較低的地方建設(shè)射電天文望遠(yuǎn)鏡。

2.在射電天文臺(tái)址附近規(guī)劃射電寧?kù)o區(qū)，不允許在射電寧?kù)o區(qū)內(nèi)建設(shè)無(wú)線電臺(tái)站及有電磁輻射的工、科、醫(yī)設(shè)施。為保護(hù)FAST望遠(yuǎn)鏡，貴州省于2013年出臺(tái)了《貴州省500米口徑射電天文望遠(yuǎn)鏡寧?kù)o區(qū)保護(hù)辦法》，劃定了30千米范圍的射電寧?kù)o區(qū)，保護(hù)FAST正常工作。

3.在進(jìn)行頻率規(guī)劃和指配時(shí)，在射電天文臺(tái)視距范圍內(nèi)絕對(duì)不允許指配與射電天文共用的頻率；不在射電天文臺(tái)視距范圍內(nèi)的與射電天文共用頻段的頻率指配要謹(jǐn)慎，要進(jìn)行電磁兼容性計(jì)算，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估對(duì)附近射電天文業(yè)務(wù)的影響。

4.在射電天文臺(tái)附近減小其他不必要發(fā)射，在保障通信能力的情況下，盡量使附近的發(fā)射機(jī)降低發(fā)射功率。特別要注意高功率、高海拔的無(wú)線電發(fā)射對(duì)射電天文業(yè)務(wù)的影響。

500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡（FAST）——貴州平塘 攝影 孫建民