射电简介 射电天文学是通过观测天体的无线电波来研究天文现象的一门学科。由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波只有波长约 1毫米到30米左右的才能到达地面，迄今为止，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。
射电天文望远镜
四大天文发现 对于历史悠久的天文学而言，射电天文使用的是一种崭新的手段，为天文学开拓了新的园地。六十年代中的四大天文发现：类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射，都是利用射电天文手段获得的。从前，人类只能看到天体的光学形象，而射电天文则为我们展示出天体的另一侧面——无线电形象。由于无线电波可以穿过光波通不过的尘雾，射电天文观测就能够深入到以往凭光学方法看不到的地方。银河系空间星际尘埃遮蔽的广阔世界，就是在射电天文诞生以后，才第一次为人们所认识。
射电天文学的历史 射电天文学的历史始于1931～1932年。美国无线电工程师央斯基在研究长途电讯干扰时偶然发现存在来自银心方向的宇宙无线电波。1940年，雷伯在美国用自制的直径9.45米、频率162兆赫的抛物面型射电望远镜证实了央斯基的发现，并测到了太阳以及其他一些天体发出的无线电波。
雷达技术应用于天文观测 第二次世界大战中，英国的军用雷达接收到太阳发出的强烈无线电辐射，表明超高频雷达设备适合于接收太阳和其他天体的无线电波。战后，一些雷达科技人员，把雷达技术应用于天文观测，揭开了射电天文学发展的序幕。
到了二十世纪七十年代，雷伯首创的那种抛物面型射电望远镜的“后代”，已经发展成现代的大型技术设备。其中名列前茅的如德意志联邦共和国埃费尔斯贝格的射电望远镜，直径达100米，可以工作到短厘米波段。这种大型设备配上各种高灵敏度接收机，便可以在各个波段探测到极其微弱的天体无线电波。
对于研究射电天体来说，测到它的无线电波只是一个最基本的要求。我们还可以应用颇为简单的原理，制造出射电频谱仪和射电偏振计，用以测量天体的射电频谱和偏振。研究射电天体的进一步的要求是精测它的位置和描绘它的图像。
一般说来，只有把射电天体的位置测准到几角秒，才能够较好地在光学照片上认出它所对应的天体，从而深入了解它的性质。为此，就必须把射电望远镜造得很大，比如说，大到好几公里。这必然会带来机械制造上很大的困难。因此，人们曾认为射电天文在测位和成像上难以与光学天文相比。可是，五十年代以后，射电望远镜的发展，特别是射电干涉仪(由两面射电望远镜放在一定距离上组成的系统)的发展，使测量射电天体位置的精度稳步提高。
五十年代到六十年代前期，在英国剑桥，利用许多具射电干涉仪构成了“综合孔径”系统，并且用这种系统首次有效地描绘了天体的精细射电图像。接着，荷兰、美国、澳大利亚等国也相继发展了这种设备。到七十年代后期，工作在短厘米波段的综合孔径系统所取得的天体射电图像细节精度已达2"，可与地面上的光学望远镜拍摄的照片媲美。
甚长基线干涉仪 射电干涉仪的应用还导致了六十年代末甚长基线干涉仪的发明。这种干涉仪的两面射电望远镜之间距离长达几千公里，乃至上万公里。用它测量射电天体的位置，已能达到千分之几角秒的精度。七十年代中，在美国完成了多具甚长基线干涉仪的组合观测，不断取得重要的结果。
应用射电天文手段观测到的天体，往往与天文世界中能量的进发有关：规模最“小”的如太阳上的局部爆发、一些特殊恒星的爆发，较大的如晚期恒星的爆炸，更大的如星系核的爆发等等，都有强烈的射电反应。而在宇宙中能量进发员剧烈的天体，包括射电星系和类星体，每秒钟发出的无线电能量估计可达太阳全部辐射的一千亿倍乃至百万亿倍以上。
这类天体有的包含成双的射电源，有的伸展到周围很远的空间。有些处在核心位置的射电双源，以视超光速的速度相背飞离。这些发现显然对于研究星系的演化具有重大的意义。高能量的河外射电天体，即使处在非常遥远的地方，也可以用现代的射电望远镜观测到。这使得射电天文学探索到的宇宙空间达到过去难以企及的深处。
非热辐射 这一类宇宙无线电波都属于“非热辐射”，有别于光学天文中常见的热辐射。对于星系和类星体的非热辐射的主要起因，是大量电子以接近于光速的速度在磁场中的运动。许多观测事实都支持这种见解。但是，这些射电天体如何产生并不断释放这样巨大的能量，而这种能量如何激起大量近于光速的电子，则是当前天文学和物理学中需要解决的重大课题。
天体无线电波还可能来自其他种类的非热辐射。日冕中等离子体波转化成的等离子体辐射就是一例。而在光学天文中所熟悉的那些辐射，也同样能够在无线电波段中产生，例如，太阳上的电离大气以及银问系的电离氢区所发出的热辐射，都是理论上预计到的。微波背景的2.7K热辐射，虽然是一个惊人的发现，但它的机制却是众所熟知的。
光谱学在现代天文中的决定性作用 光谱学在现代天文中的决定性作用，促使人们寻求无线电波段的天文谱线。五十年代初期，根据理论计算，测到了铝河系空间中性氢2l厘米谱线。后来，利用这条谱线进行探测，大大增加了我们对于银河系结构(特别是旋臂结构)和一些河外星系结构的知识。氢谱线以外的许多射电天文谱线是最初没有料到的 ，1963年测到了星际羟基的微波谱线，六十年代末又陆续发现了氨、水和甲醛等星际分子射电谱线。
在二十世纪七十年代，主要依靠毫米波(以及短厘米波)射电天文手段发现的星际分子迅速增加到五十多种，所测到的分子结构愈加复杂，有的链长超过l0个原子。这些分子大部分集中在星云中。它们的分布，有的反映了银河系的大尺度结构，有的则与恒星的起源有关。研究这些星际分子，对于探索宇宙空间条件下的化学反应将有深刻影响。
近几十年来，随着观测手段的不断革新，射电天文学在多个层次中发现的天体射电现象，不仅是光学天文的补充，而且常常超出原来的想象，开辟出许多新的研究领域。
甚长基线干涉仪
射电干涉测量技术的新设备，英文缩写是VLBI，但由于测量方法的发展，VLBI目前更主要的是指甚长基线干涉测量法(very long baseline interferometry)。它的主要特点是：采用原子钟控制的高稳定度的独立本振系统和磁带记录装置；由两个或两个以上的天线分别在同一时刻接收同一射电源的信号,各自记录在磁带上;然后把磁带一起送到处理机中，进行相关运算，求出观测值。这种干涉测量方法的优点是基线长度原则上不受限制，可长达几千公里，因而极大地提高了分辨率。
测量值 甚长基线干涉的测量值包括：干涉条纹的相关幅度；射电源同一时刻辐射的电磁波到达基线两端的时间延迟差（简称时延），延迟差变化率（简称时延率）。相关幅度提供有关射电源亮度分布的信息，时延和时延率提供有关基线(长度和方向)和射电源位置（赤经和赤纬）的信息。所得的射电源的亮度分布，分辨率达到万分之几角秒，测量洲际间基线三维向量的精度达到几厘米，测量射电源的位置的精度达到千分之几角秒。在分辨率和测量精度上，与其他常规测量手段（例如用微波联结的干涉仪和用电缆联结的干涉仪）相比，成数量级的提高。目前，用于甚长基线干涉仪的天线，是各地原有的大、中型天线，平均口径在30米左右，使用的波长大部分在厘米波段。最长基线的长度可以跨越大洲。
工作原理 射电源辐射出的电磁波，通过地球大气到达地面，由基线两端的天线接收。由于地球自转，电磁波的波前到达两个天线的几何程差（除以光速就是时间延迟差）是不断改变的。两路信号相关的结果就得到干涉条纹。天线输出的信号,进行低噪声高频放大后,经变频相继转换为中频信号和视频信号。在要求较高的工作中，使用频率稳定度达10-14 的氢原子钟，控制本振系统，并提供精密的时间信息。磁带记录机则分别把本地的视频信号和时间信息的数据储存起来。然后，由处理机对两个“数据流”作相关处理，用寻找最大相关幅度的方法，求出两路信号的相对时间延迟和干涉条纹率。如果进行多源多次观测，则从求出的延迟和延迟率可得到射电源位置和基线的距离，以及根据基线的变化推算出的极移和世界时等参数。参数的精度主要取决于延迟时间的测量精度。因为，理想的干涉条纹仅与两路信号几何程差产生的延迟有关，而实际测得的延迟还包含有传播介质（大气对流层、电离层等）、接收机、处理机以及钟的同步误差产生的随机延迟，这就要作大气延迟和仪器延迟等项改正，改正的精度则关系到延迟的测量精度。目前延迟测量精度约为0.1毫微秒。
用途 由于甚长基线干涉测量法具有很高的测量精度，所以用这种方法进行射电源的精确定位，测量数千公里范围内基线距离和方向的变化，对于建立以河外射电源为基准的惯性参考系，研究地球板块运动和地壳的形变，以及揭示极移和世界时的短周期变化规律等都具有重大意义。此外，在天体物理学方面，由于采用了独立本振和事后处理系统，基线加长不再受到限制，这就可以跨洲越洋，充分利用地球所提供的上万公里的基线距离，使干涉仪获得万分之几角秒的超高分辨率。而且，随着地球的自转，基线向量在波前平面上的投影，通常会扫描出一个椭圆来。这样，在一天内对某个射电源进行跟踪观测的干涉仪，就可以获得各个不同方向的超高分辨率测量数据。依据多副长基线干涉仪跟踪观测得到的相关幅度，应用模型拟合方法，便可得到关于射电源亮度分布的结构图。地球大气对天体射电信号产生的随机相位起伏，带来了干涉条纹相位的测量误差。这和其他一些的误差来源一道，限制了甚长基线干涉测量法的应用。然而，对于具有三个站的干涉仪阵，若在三条基线上对射电源进行跟踪观测，则由三个条纹相位之和所形成的闭合相位，基本上可以消去大气和时钟误差的随机效应。用这种闭合相位参与运算，可以达到较好的模型拟合，从而减小结构图的误差。随着投入观测的站数不断增多，闭合相位也在增多，而且各基线扫描的椭圆覆盖情况也会逐渐改善，从而可以得到更精确的结构图。用甚长基线干涉仪测到的射电结构图表明：许多射电源呈扁长形，中心致密区的角径往往只有毫角秒量级，但却对应着类星体或星系这样的光学母体；有些致密源本身还呈现小尺度的双源结构甚至更复杂的结构；从射电结构随时间变化的情况看来，有的小双源好象以几倍于光速的视速度相分离。这些新发现给天体物理学和天体演化学提出了重大的研究课题。
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