天聞?lì)l道

實(shí)習(xí)記者 于紫月

    如果說銀河系是一座巨大的“島嶼”，宇宙間是否只有這一座“孤島”呢？自1924年美國天文學(xué)家哈勃證明了銀河系并非宇宙唯一星系時(shí)，便給出了否定的答案。如今隨著天文學(xué)理論和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們看到了分布在浩瀚宇宙中無數(shù)各不相同的大小星系，茫茫宇宙正慢慢揭開神秘的面紗。

    近日，國際低頻陣列射電望遠(yuǎn)鏡（LOFAR）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)宣布，他們發(fā)現(xiàn)了數(shù)十萬個(gè)過去沒有被觀測(cè)到的星系。此前，LOFAR對(duì)北半球四分之一的天空進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)。此次公布的數(shù)據(jù)中約有30萬個(gè)射電源，而幾乎每個(gè)射電源都代表著遙遠(yuǎn)宇宙中的一個(gè)星系。這些射電信號(hào)就像飽經(jīng)滄桑的使者，在漫漫深空中行走了數(shù)十億光年。

    LOFAR尋星有絕招

    此次發(fā)現(xiàn)眾多星系的LOFAR是一個(gè)主要位于荷蘭的大型射電望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)?！癓OFAR看上去一點(diǎn)兒都不‘高大上’，沒有巨大的鏡面，但其擁有大約2萬個(gè)天線，而這些天線有的才1米多高，毫不起眼。除了荷蘭，天線還分布于德國、瑞典、法國和英國等歐洲國家。”中科院國家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷介紹，這些分布式射電陣列將共同接收宇宙中低頻率無線電信號(hào)，以獲得足夠清晰銳利的射電圖像。

    自20世紀(jì)40年代射電天文學(xué)真正發(fā)展起來至今已將近80年，為何之前的射電望遠(yuǎn)鏡并沒有發(fā)現(xiàn)如此之多的星系？LOFAR究竟有何“絕招”？“LOFAR的優(yōu)勢(shì)有三點(diǎn)：分辨率高、接收面積大以及信息處理能力強(qiáng)。”陳學(xué)雷表示，分辨率能夠反映區(qū)分彼此靠近的射電點(diǎn)源的能力。一般來講，分辨率由天線孔徑的物理尺寸和波長決定——口徑越大，波長越短，分辨率越高。顯然，單口徑望遠(yuǎn)鏡不可能做得非常大，世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡、中國“天眼”FAST的直徑才500米。而LOFAR則為陣列式望遠(yuǎn)鏡，多地天線共同工作，總體看來相當(dāng)于搭建了一個(gè)“巨無霸”面鏡，因此LOFAR的分辨率占有很大優(yōu)勢(shì)。

    陳學(xué)雷指出，由于LOFAR規(guī)模大、天線分布遠(yuǎn)，其接收面積自然也比較大。更值得一提的是，LOFAR可將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)化成電子信號(hào)，通過超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這是早期射電望遠(yuǎn)鏡所不具備的功能。LOFAR的后處理能力超強(qiáng)，也為其觀測(cè)大片的天區(qū)提供了有力支持。

    望遠(yuǎn)鏡因“波”而異

    隨著技術(shù)的發(fā)展，以LOFAR、澳大利亞默奇森寬場(chǎng)陣列等陣列式射電望遠(yuǎn)鏡（MWA）及美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡（Arecibo）、FAST等為主要代表的射電天文學(xué)已經(jīng)成為天文學(xué)的一個(gè)重要分支。加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)射電望遠(yuǎn)鏡（CHIME）發(fā)現(xiàn)了13個(gè)快速射電暴信號(hào)的消息剛剛刷屏，如今LOFAR又建奇功。

    “射電望遠(yuǎn)鏡原理與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、伽馬射線望遠(yuǎn)鏡等類型的空間望遠(yuǎn)鏡不同。” 陳學(xué)雷在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，它們針對(duì)不同波段的電磁波進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)計(jì)原理自然也大不相同。射電望遠(yuǎn)鏡接收到的是生活中我們無比熟悉、常用來通信的無線電信號(hào)，只不過這些信號(hào)來自于茫茫宇宙之中。

    “宇宙中不同波段電磁波的產(chǎn)生機(jī)制也不同。早期天文學(xué)界對(duì)于天體的發(fā)光機(jī)制還僅僅停留在熱輻射上，認(rèn)為恒星主要產(chǎn)生可見光，如太陽黑體輻射，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡也最早發(fā)展起來。”陳學(xué)雷表示，恒星等天體在此輻射機(jī)制下產(chǎn)生的射電信號(hào)本應(yīng)該很弱，但事實(shí)卻恰恰相反，人們捕捉到了很強(qiáng)的射電信號(hào)。至此，同步輻射等不同的輻射機(jī)制也開始在天文學(xué)理論的完善過程中逐漸豐富起來。

    “在空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷程中，每開辟一個(gè)新的波段，所探索到的輻射源也通常是人們之前從未想到的?！标悓W(xué)雷舉例，X射線、伽馬射線望遠(yuǎn)鏡往往接收黑洞周圍空間、特別“熱”的天體等輻射出的高能射線，而射電望遠(yuǎn)鏡則可接收到星系、高能粒子等產(chǎn)生的射電輻射。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》2019年2月28日第4版。）