郭紅鋒

射電望遠鏡的結(jié)構(gòu)與光學(xué)反射式望遠鏡的結(jié)構(gòu)類似，具有主鏡面（或稱反射面）和接收器。只是光學(xué)望遠鏡一般都要通過副鏡（或轉(zhuǎn)角平面鏡）將光線轉(zhuǎn)出來到目鏡或接收裝置，而射電望遠鏡一般是將接收裝置直接安放在焦點處（稱為饋源）。所以，射電望遠鏡也遵循口徑越大，分辨率和靈敏度越高的規(guī)律。射電望遠鏡的發(fā)展也遇到了與光學(xué)望遠鏡同樣的問題，就是反射面天線不能無限做大，這給射電天文學(xué)的迅速發(fā)展拖了后腿。

綜合孔徑技術(shù)就是為擴大射電望遠鏡口徑而發(fā)展起來的創(chuàng)新技術(shù)，其原理是把多個子孔徑接收的信號綜合到一起，經(jīng)計算機處理后，模擬出一個等效大孔徑望遠鏡的效果。運用綜合孔徑技術(shù)，可以把一批小口徑射電望遠鏡的天線排列成一定的陣型，操作天線陣共同指向天空的同一塊區(qū)域。陣列中所有望遠鏡接收到的信息，經(jīng)計算機綜合處理后，產(chǎn)生出對應(yīng)天區(qū)的綜合成像，這個像就是這個陣列等效的虛擬大口徑望遠鏡成像的效果。

用綜合孔徑技術(shù)實現(xiàn)射電望遠鏡擴大口徑的嘗試是成功的，也給其他波段望遠鏡的發(fā)展提供了借鑒。這項技術(shù)還獲得了1974年的諾貝爾獎。

完整單口徑望遠鏡的分辨率與口徑直接有關(guān)，而靈敏度與主鏡的面積有關(guān)（對于完整口徑而言，也就是與口徑有關(guān)）。一個陣列望遠鏡的口徑是不完整的，其等效口徑等于基線長度（即陣列中各個望遠鏡之間的最大距離），而陣列望遠鏡的面積取決于陣列中所有子望遠鏡的合成面積（與等效口徑無關(guān)）。

陣列望遠鏡的分辨率與等效口徑有關(guān)，等效口徑越大，分辨率越高，因此，只用幾個面積較小的望遠鏡，拉開距離（基線）同步工作，也能獲得高分辨率。但是，望遠鏡要探測到微弱的信息（高靈敏度），就需要大面積來集聚能量。陣列射電望遠鏡想要增大面積，就需要擺放盡可能多個小口徑望遠鏡，也就是更多地填充一個虛擬大口徑的面積。

因此，只要求提高分辨率，在等效大口徑里放很少的小口徑望遠鏡即可;而要提高望遠鏡靈敏度（觀測到暗弱的目標），則需要在等效大口徑的范圍內(nèi)放很多小口徑望遠鏡，或者每一個子望遠鏡的口徑更大，效率才更高。

20世紀80年代以來，歐洲的多個甚長基線干涉測量裝置（Very Long Baseline Interferometry，簡稱VLBI）已經(jīng)互相組網(wǎng)觀測，獲得相當于網(wǎng)絡(luò)中連接點之間最長距離（基線）的等效口徑。歐洲的VLBI網(wǎng)（European VLBI Network，簡稱EVN）是一個主要位于歐洲，延伸到亞洲的射電望遠鏡聯(lián)網(wǎng)工作系統(tǒng)，后來又增加了南非和波多黎各的天線。接入這個網(wǎng)絡(luò)的射電望遠鏡可以協(xié)調(diào)工作，共同對準同一個目標，造成一個等效口徑巨大的望遠鏡，實現(xiàn)對宇宙射電源進行高空間分辨率的觀測。

美國則組成了甚長基線陣（ V e r y L o n gBaseline Array，VLBA）。這是一個由10個觀測站組成的網(wǎng)絡(luò)，分布在美國各地。這些天線位于長達8000千米的距離（基線）上，從而獲得等效于基線口徑的大望遠鏡的分辨率。甚長基線陣列每個站點都是一個25米的射電望遠鏡。每個望遠鏡捕獲的無線電信號被放大、數(shù)字化以后，發(fā)送到一臺稱為相關(guān)器的大型計算機進行處理。通過數(shù)據(jù)的合成和可視化處理，VLBA堪稱世界上最強大的無線電信號照相機之一（基線越長，角分辨率越高）。甚長基線一般指幾千千米甚至地球尺度的基線長度。

人類首次直接成像的黑洞照片，離不開多個毫米波、亞毫米波射電望遠鏡組成的甚長基線干涉陣，包括智利阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA），南極點的南極望遠鏡，以及美國、歐洲等地共8臺望遠鏡，形成了一個直徑超過12000千米的巨大虛擬望遠鏡?？茖W(xué)家把這個陣列里全部望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)匯總到一起，進行合成處理，才產(chǎn)生了黑洞邊緣的合成照片。由于黑洞在吸積周圍物質(zhì)時在毫米波波段和亞毫米波波段的輻射比較強，比較適合使用這個波段的望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)做合成處理，而且在這個波段上波長較短，分辨率更高，能夠達到目前人類獲得的最高分辨率。

這些都是新一代射電望遠鏡的代表，它們在靈敏度、分辨率和觀測波段上都大大超過了以往的望遠鏡，使射電天文成為天文學(xué)領(lǐng)域中的重要研究手段，并為天文學(xué)的發(fā)展帶來難以預(yù)料的機會。