2021-09-30 15:35:47
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據(jù)外媒報(bào)道，射電天文學(xué)家在幾個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)--我們稱之為波段--觀察宇宙。超大型陣列(VLA)使用的波長(zhǎng)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(yuǎn)鏡要使用這么寬的波長(zhǎng)范圍?答案在于天體發(fā)射無(wú)線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(zhǎng)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(zhǎng)波長(zhǎng)也很有用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)中性氣體在這些波長(zhǎng)下是透明的。這意味著這些光在穿越空間時(shí)很少被吸收。較短波長(zhǎng)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，其由中性氫發(fā)出。這個(gè)波長(zhǎng)是觀察星系中物質(zhì)分布的最好方法之一，因?yàn)闅涫瞧駷橹褂钪嬷凶钬S富的元素。
10厘米到20厘米范圍內(nèi)的波長(zhǎng)對(duì)射電天空調(diào)查特別有利，像VLA天空調(diào)查(VLASS)。射電星系在這個(gè)范圍內(nèi)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(zhǎng)的天空，VLASS已經(jīng)捕獲了近1000萬(wàn)個(gè)無(wú)線電源的圖像。
波長(zhǎng)為一厘米或兩厘米的光經(jīng)常通過(guò)一個(gè)被稱為同步輻射的過(guò)程發(fā)射出來(lái)。當(dāng)電子快速通過(guò)一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)迫使它們沿著磁場(chǎng)線做緊密的螺旋式運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)槿绱耍鼈儠?huì)發(fā)射出無(wú)線電光。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(nèi)發(fā)出光的過(guò)程被稱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(zhǎng)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(zhǎng)，所以它們可以被用來(lái)測(cè)量宇宙膨脹的速度。
一毫米左右的無(wú)線電波長(zhǎng)對(duì)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(zhǎng)跟它們的大小相當(dāng)，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(zhǎng)。這些短波長(zhǎng)的光可能難以觀察，部分原因是我們的大氣層吸收了這些波長(zhǎng)的大部分光。但它們對(duì)于研究年輕的行星系統(tǒng)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(duì)系外行星如何形成的理解。
但更有趣的無(wú)線電波段之一也許是ALMA的第6波段，它捕捉的是波長(zhǎng)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(qiáng)大的無(wú)線電圖像之一，即星系M87中心的超大質(zhì)量黑洞的圖像。作為事件地平線望遠(yuǎn)鏡(EHT)的一部分，在世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡上使用了第6波段接收器，它們收集的數(shù)據(jù)被結(jié)合起來(lái)創(chuàng)造了第一個(gè)黑洞的直接圖像。
射電光對(duì)我們的眼睛來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)的，所以很容易認(rèn)為所有的射電光都是一樣的。但射電光充滿了色彩，就像我們能看到的可見(jiàn)光的顏色一樣，當(dāng)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。