2021-09-30 15:35:47
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據外媒報道，射電天文學(xué)家在幾個(gè)波長(cháng)范圍內--我們稱(chēng)之為波段--觀(guān)察宇宙。超大型陣列(VLA)使用的波長(cháng)范圍從4米到不到1厘米不等。阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)使用的無(wú)線(xiàn)電波段則從幾厘米到三分之一毫米不等。但為什么射電望遠鏡要使用這么寬的波長(cháng)范圍?答案在于天體發(fā)射無(wú)線(xiàn)電光的多種方式以及這種光如何跟星際空間的氣體和塵埃相互作用。
長(cháng)射電波段如VLA的第4波段所看到的，通常是由電離氣體產(chǎn)生的。它讓人們看到熱等離子體在銀河系中的位置。這些長(cháng)波長(cháng)也很有用，因為大多數中性氣體在這些波長(cháng)下是透明的。這意味著(zhù)這些光在穿越空間時(shí)很少被吸收。較短波長(cháng)的光通常是由特定的原子或分子發(fā)射出來(lái)的。其中最重要的一條是21厘米線(xiàn)，其由中性氫發(fā)出。這個(gè)波長(cháng)是觀(guān)察星系中物質(zhì)分布的最好方法之一，因為氫是迄今為止宇宙中最豐富的元素。
10厘米到20厘米范圍內的波長(cháng)對射電天空調查特別有利，像VLA天空調查(VLASS)。射電星系在這個(gè)范圍內特別明亮，就像超大質(zhì)量黑洞發(fā)出的噴流一樣。通過(guò)掃描這些波長(cháng)的天空，VLASS已經(jīng)捕獲了近1000萬(wàn)個(gè)無(wú)線(xiàn)電源的圖像。
波長(cháng)為一厘米或兩厘米的光經(jīng)常通過(guò)一個(gè)被稱(chēng)為同步輻射的過(guò)程發(fā)射出來(lái)。當電子快速通過(guò)一個(gè)強磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)迫使它們沿著(zhù)磁場(chǎng)線(xiàn)做緊密的螺旋式運動(dòng)。正因為如此，它們會(huì )發(fā)射出無(wú)線(xiàn)電光。同步輻射在繪制黑洞附近的磁場(chǎng)圖時(shí)特別有用。另一個(gè)在這個(gè)范圍內發(fā)出光的過(guò)程被稱(chēng)為激光器或微波激光。我們最熟悉的是發(fā)射相干紅光的簡(jiǎn)單激光指示器，但在星際空間的水袋可以發(fā)射波長(cháng)為1.3厘米的相干光。由于這些水乳化器發(fā)出非常具體的光的波長(cháng)，所以它們可以被用來(lái)測量宇宙膨脹的速度。
一毫米左右的無(wú)線(xiàn)電波長(cháng)對于研究冷氣體和塵埃特別有用。星際空間中的塵埃顆粒發(fā)出的光的波長(cháng)跟它們的大小相當，由于這些塵埃的大部分都約一毫米大小，這就是它們發(fā)出最多光的波長(cháng)。這些短波長(cháng)的光可能難以觀(guān)察，部分原因是我們的大氣層吸收了這些波長(cháng)的大部分光。但它們對于研究年輕的行星系統也是非常重要的。ALMA已經(jīng)能捕捉到年輕恒星周?chē)臍怏w和塵埃盤(pán)，甚至看到了年輕行星開(kāi)始形成時(shí)，這些盤(pán)中的間隙是如何形成的。它正在徹底改變我們對系外行星如何形成的理解。
但更有趣的無(wú)線(xiàn)電波段之一也許是ALMA的第6波段，它捕捉的是波長(cháng)為1.1-1.4毫米的光。它已被用于研究紅巨星如何產(chǎn)生熱量以及行星星云中的分子分布。另外它也被用來(lái)創(chuàng )造近年來(lái)最強大的無(wú)線(xiàn)電圖像之一，即星系M87中心的超大質(zhì)量黑洞的圖像。作為事件地平線(xiàn)望遠鏡(EHT)的一部分，在世界各地的射電望遠鏡上使用了第6波段接收器，它們收集的數據被結合起來(lái)創(chuàng )造了第一個(gè)黑洞的直接圖像。
射電光對我們的眼睛來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)的，所以很容易認為所有的射電光都是一樣的。但射電光充滿(mǎn)了色彩，就像我們能看到的可見(jiàn)光的顏色一樣，當我們使用其彩虹中的所有顏色時(shí)，射電天文學(xué)的威力最大。