2021-09-30 15:35:47
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據(jù)外媒報道，射電天文學家在幾個波長范圍內(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。但為什么射電望遠鏡要使用這么寬的波長范圍?答案在于天體發(fā)射無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。這些長波長也很有用，因為大多數(shù)中性氣體在這些波長下是透明的。這意味著這些光在穿越空間時很少被吸收。較短波長的光通常是由特定的原子或分子發(fā)射出來的。其中最重要的一條是21厘米線，其由中性氫發(fā)出。這個波長是觀察星系中物質(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(nèi)的波長對射電天空調(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。通過掃描這些波長的天空，VLASS已經(jīng)捕獲了近1000萬個無線電源的圖像。
波長為一厘米或兩厘米的光經(jīng)常通過一個被稱為同步輻射的過程發(fā)射出來。當電子快速通過一個強磁場時，磁場迫使它們沿著磁場線做緊密的螺旋式運動。正因為如此，它們會發(fā)射出無線電光。同步輻射在繪制黑洞附近的磁場圖時特別有用。另一個在這個范圍內(nèi)發(fā)出光的過程被稱為激光器或微波激光。我們最熟悉的是發(fā)射相干紅光的簡單激光指示器，但在星際空間的水袋可以發(fā)射波長為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，所以它們可以被用來測量宇宙膨脹的速度。
一毫米左右的無線電波長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。這些短波長的光可能難以觀察，部分原因是我們的大氣層吸收了這些波長的大部分光。但它們對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圍的氣體和塵埃盤，甚至看到了年輕行星開始形成時，這些盤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。
但更有趣的無線電波段之一也許是ALMA的第6波段，它捕捉的是波長為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。另外它也被用來創(chuàng)造近年來最強大的無線電圖像之一，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(shù)據(jù)被結(jié)合起來創(chuàng)造了第一個黑洞的直接圖像。
射電光對我們的眼睛來說是看不見的，所以很容易認為所有的射電光都是一樣的。但射電光充滿了色彩，就像我們能看到的可見光的顏色一樣，當我們使用其彩虹中的所有顏色時，射電天文學的威力最大。