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思考题（二十九）射电望远镜是不是越大越好？: qianlivan 2015-7-1 09:01; 射电望远镜是不是越大越好？试以太阳射电观测和SZ效应观测为例分析。; 个人分类: 思考|2631 次阅读|0 个评论

射电望远镜科普文章《慧眼望天空》电子版: qianlivan 2014-3-6 13:26; 两年前发表的科普文章。电子版在此备份。感谢庾君伟对文章的校对和编辑。射电望远镜.pdf; 个人分类: 知识|3101 次阅读|0 个评论

[转载]射电望远镜获取旅行者1号无线电信号图像 2013年09月18日: yshimp 2013-10-8 16:11; 转自 http://tech.sina.com.cn/d/2013-09-18/09238751136.shtml 超长基线阵列（VLBA）捕捉到了115亿英里之外旅行者1号的图像信息。美国航空航天局宣称旅行者1号已经成为进入星际空间的第一个人造物体，它仍将在宇宙中继续前行旅行者1号目前的任务，是与旅行者2号一道，去探索太阳影响范围的最远边界。　　这张艺术想象图显示了旅行者1号和2号在日鞘（heliosheath）区域进行探索的情形。日鞘是太阳圈的终端激波外面的区域，太阳风在此处与星际物质发生相互作用，从而减速、压缩或产生湍流。　　新浪科技讯北京时间9月18日消息，近日，美国航空航天局发布了一张由超长基线阵列(VLBA)获取的一张旅行者1号无线电信号图像。超长基线阵列是美国国家射电天文台遥控的射电望远镜网络。科学家目前还不能实际看到旅行者1号，但是可以探测到其无线电信号。从获得的信息图像上看，旅行者1号呈蓝色的斑点状。据称，这张图片拍摄于今年的2月21日。　　“这张图片由世界上最灵敏的地面望远镜获得，显示了旅行者1号的无线电信号，”美国航空航天局喷气推进实验室的旅行者号项目主管苏珊娜·多德(Suzanne Dodd)说，“它看起来就像是黑暗海洋中的一块蓝色斑点。” 　　在此之前，旅行者1号还向地球传来了一段录音，这是它在进入星际空间时所录制的。美国航空航天局对录音进行了分析，认为这段声音是等离子体或离子化气体振动产生的，由探测器上的等离子体波设备捕捉得到。旅行者号等离子体波调查项目的主要研究者唐·格尼特(Don Gurnett)说：“当你听到这段录音的时候，请意识到这是一个历史事件。这是有史以来，我们第一次在星际空间进行的录音。” 　　“旅行者1号上面的设备有两次探测到了这些振动，一次是在2012年10月到11月，一次是在2013年4月到5月，”美国航空航天局的官员补充道，“科学家注意到，每次相遇都会出现一个升调。这意味着(等离子体)密度的持续增加。”目前，有一个团队依旧每天与两艘旅行者号保持着联系。由于旅行者1号距离地球已经有大约120亿英里，因此信息传递的时间需要17个小时。　　旅行者1号在36年前发射升空，是一艘钚动力的探测器。事实上，旅行者1号早在一年多以前就进入了星际空间。直到最近，美国航空航天局的科学家才确定，旅行者1号已经穿过太阳圈的等离子体，进入到星际空间。旅行者号任务的首席科学家，来自美国航空航天局喷气推进实验室的爱德华·斯通(Ed Stone)说：“这是一个里程碑，同时也是新旅程的开始。” 　　接下来，旅行者1号将面临一个全新的环境，并对其中从未接触过的粒子，以及其他现象进行探索。作为人类的“星际大使”，旅行者1号还携带着一张铜制磁盘唱片，上面的内容包括用55种人类语言录制的问候语和各种音乐、图片等，其目的是向偶然遇到的“外星人”传达人类的问候。　　旅行者1号的大小与一辆次紧凑型车相当，上面携带有研究磁场、宇宙射线和太阳风的设备。去年，监控旅行者1号的科学家注意到一些奇怪的现象：太阳发射的带电粒子突然间消失了。这预示着旅行者1号可能接近突破太阳圈边界。与此同时，科学家还探测到来自太阳系外的银河系宇宙射线出现峰值。　　由于磁场线的方向没有出现可探测的改变，研究团队推测这艘已经离我们十分遥远的探测器还在太阳圈的范围内。太阳圈是太阳风吹入星际物质的空间中所形成的气泡。旅行者号科学团队耐心地等待着磁场方向的变化，认为这将是旅行者1号穿越太阳圈边界的关键标志。然而在去年春季，一场突如其来的太阳风暴使旅行者1号周围的空间产生了“回响”，促使科学家确定旅行者1号在去年8月份已经穿过了太阳圈的边界。　　旅行者号团队的科学家，来自爱荷华大学的唐·格尼特说：“用了十秒钟的时间，我们终于意识到已经进入了星际空间。”格尼特主持了这项研究，并将研究结果在线发表在《科学》杂志上。　　这些新发现很激动人心，但“现在对其进行判定还为时过早，”密歇根大学的空间科学教授，前美国航空航天局官员莱纳德·菲斯克(Lennard Fisk)说，“我们能否再等一段时间？也许这样才能更清楚我们走了多远。”莱纳德·菲斯克并未参与到这项研究中，困扰他的正是磁场方向变化数据的缺失。　　相比之下，哈佛大学的天体物理学家乔纳森·麦克道尔(Jonathan McDowell)则更加坦率，他说：“除非有确凿无疑的证据显示它已经飞出了太阳圈，否则我并不打算在这一两年内就相信这一结果。”尽管大部分人认为旅行者1号已经飞出了太阳系，但事实上它还需要数千年甚至上万年的时间，才能向太阳系中最边缘的彗星告别。　　旅行者2号距离太阳约95亿英里。它还需要3年时间才能在另一个方向上到达太阳圈的边界。最终，这两艘探测器都将耗尽核能源，并大约在2025年的时候关闭所有的设备。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 旅行者号的星际使命　　旅行者1号(Voyager 1)是一艘无人外太阳系太空探测器，重815千克，于1977年9月5日发射，原计划是造访并考察太阳系的外行星，如木星及土星。第一次提供了它们卫星的高解析度清晰照片。它是离地球最远和飞行速度最快的人造飞行器，真正意义上飞出了太阳系，首次进入星系空间。　　时至今日，旅行者号飞船距离地球已经大约190亿公里，信号以光速传播也需要走17个小时才能抵达。当年的旅行者项目首席科学家爱德华·斯通(Ed Stone)教授表示：“这是一项重要的里程碑。当40年前我们启动这一项目时，今天正是我们一直以来所盼望的——那就是我们能拥有一艘恒星际飞船。”他说：“就科学角度而言，这是一项重要的里程碑式事件，但这同时也是具有历史意义的，就像当年我们首次完成环球航行，或是人类首次踏上月球表面那样。这一次是我们首次得以直接探索恒星际空间。” 　　在此之前分析人员早已察觉旅行者1号飞船搭载仪器显示飞船所处环境正发生改变。此次让研究人员最终确信飞船已经离开太阳系的数据来自等离子体波科学设备(PWS)，这台设备设计用于测量旅行者飞船周围环境中带电粒子的浓度。今年4~5月，以及去年10~11月这台仪器的读数显示其周遭空间中质子的浓度上升了100倍。　　科学家们在此之前很早就已经预计到，如果旅行者号飞船能够抵达太阳磁场作用范围的外缘就会出现这种粒子的峰值。当科学家们将这台仪器的数据以及来自其它设备的读数综合在一起进行考察之后，他们最终确认旅行者号飞船正式离开太阳系的大致发生时间是在2012年8月25日。在2012年8月25日，旅行者1号当时距离地球约121个天文单位。一个天文单位是指地球到太阳之间的距离。　　美国艾奥瓦大学教授唐·加奈特(Don Gurnett)是PWS设备首席科学家，他表示：“这的确是一项非同寻常的事件，令人影响深刻——这是人类首颗飞出太阳系的物体。” 　　英国皇家天文学家马丁·里斯爵士(Sir Martin Ree)表示：“实在让人感到不可思议，这个人类利用70年代的技术制造的脆弱物体，竟然能够抵达如此遥远的空间。” 　　尽管旅行者1号现在已经冲出太阳系，遨游于满天繁星之间，但它仍然要受到太阳引力场的影响，就像很多彗星受到太阳引力场影响一样，即便它们距离太阳极其遥远。但从严格定义上来说，这艘飞船的确已经离开了我们大部分人所定义的太阳系，它现在正处于一个完全新鲜的区域。　　1977年9月5日，旅行者1号离开地球，仅比它的姊妹飞船旅行者2号晚了几天。截止1989年，这两艘姊妹飞船已经先后完成了对木星，土星，天王星和海王星的勘察。随后它们各自朝着太阳系之外继续飞行，按照估算，它们所携带的钚电池(核动力电池)将持续10年左右，到2025年前后将最终耗竭，届时它们大约20W的电力供应也将最终停止。　　宇宙辽阔无边，尽管正以高达每秒45公里的超高速度飞行，在未来4万年内，旅行者1号都将不会抵达任何其他恒星爱德华·斯通教授表示：“未来数十亿年内，旅行者1号将和其它数千亿颗恒星一起围绕银河系的中心旋转。” 　　然而旅行者飞船的使命并未就此完成。只要它们的电池还能供电，它们的仪器还能工作，它们就会继续沿途对空间环境进行考察。目前旅行者1号飞船所处的环境是亿万年前巨大恒星爆炸之后物质稀释塑造的。科学界已经有间接的证据和理论模型来描述目前旅行者1号飞船所处的环境，不过现在，旅行者1号飞船将有机会首次对这些理论和证据进行直接的验证测量。　　著名英国行星科学家弗莱德·泰勒(Fred Taylor)教授对此评价道：“当我还是一名年轻的博士后研究员时，我曾经在美国加州喷气推进实验室和当年的研究组一同工作，制定对外太阳系行星的考察计划，这个项目就是后来的旅行者飞船项目。”他说：“当时我们觉得，能真正对木星，土星进行考察简直就是不可思议，更不要说是天王星和海王星了！而说到让这艘飞船飞出太阳系，当时我们完全就没有考虑过，因为那太遥远了，我们甚至根本没有对此进行讨论，尽管我们其实都知道终有一天这将会发生。而在时隔43年之后，这一天终于到来了，我们的旅行者探测器仍在飞往新的疆界。”(晨风) 　　链接　　旅行者“姐妹花” 　　两艘旅行者号飞船分别为旅行者1号和2号均于1977年发射升空，两者前后间隔仅16天。它们先后对木星，土星，天王星和海王星开展了近距离考察。旅行者1号目前已经成为迄今距离最远的人造物体，发出的信号传递到地球需要大约17小时。而作为它的姊妹飞船，旅行者2号则是迄今连续工作时间最长的人类探测器，旅行者2号探测器所在的区域同样观测到了和旅行者1号相类似的环境改变，然而这种改变发生的速度要缓慢的多。全部两艘旅行者探测器都是由美国宇航局喷气推进实验室研制并负责控制的。该项目目前隶属于美国宇航局的太阳物理系统观测台计划，由美国宇航局华盛顿总部的科学任务董事会太阳物理分部提供资助。　　宇宙使者携带地球名片　　“旅行者1号”上携带了一张铜质磁盘唱片，它有12英寸厚、表面镀金、内藏金刚石留声机针。值得一提的是，唱片中录制了用55种人类语言讲述的问候语“来自行星地球的孩子(向你们)问好”，其中包括四种中国方言(普通话、闽南语、广东话、吴语)，另外还有英语、西班牙语、法语，以及古代美索不达米亚阿卡得语等古老语言。　　此外，唱片中还存有115张影像资料，包括太阳系各行星的图片、人类的性器官图像及说明等，这些数据旨在向“外星人”表达人类的问候。　　正如已故美国天文学家、科普作家卡尔·爱德华·萨根所说，只有在星际空间中存在有能力进行太空旅行的高级生命时，探测器上的唱片才可能遇到目标并被播放。(只是，这些生命到底能听懂哪一种语言呢？)卡尔高度评价这一做法，他说：“向浩瀚宇宙中发射这个东西，表明这个行星的人类对自己生命的未来充满了希望。” 　　出色完成任务　　“旅行者”号的最初目标是巡视木星和土星，然后传回木星大红斑和土星环的照片。然而它们除了完成这些任务，还传回地球它们获得的很多其他发现：木星的卫星木卫一上正在喷发的火山；木卫二冰封的地表下存在海洋的线索；另一颗木星的卫星；土星的卫星土卫六上存在甲烷雨的迹象。“旅行者2”号随后飞往天王星和海王星。它是迄今为止唯一一艘飞越这两颗带外行星的飞船。旅行者1号把土星作为重力弹弓，借助它飞向太阳系边缘。“旅行者”号任务首席科学家、加州理工学院的物理学教授斯通说：“一次又一次，‘旅行者’号不断呈现令人意想不到的结果，这意味着我们还有很多东西需要了解。”; 1872 次阅读|0 个评论

鸿雁传书地月间: yangyongtian 2013-9-28 15:41; 屹立于北京密云水库北岸的国家天文台50米口径的射电天文望远镜,曾经是我国同类望远镜的老大,为探月工程的开展做过历史性的贡献。如今，头牌的位置尽管被上海天文台的65米射电望远镜所取代，但它还在为嫦娥奔月做着不容替代的贡献！; 个人分类: 望远镜|4165 次阅读|0 个评论

空间射电望远镜构想: 热度 1 qianlivan 2013-3-31 19:42; 如果说空间射电望远镜仅仅是把地面上的射电望远镜放到天上去，那么基本上这个过程中没天文学家什么事。但是如果仅仅把空间射电望远镜认为是地面射电望远镜在空间中的孪生兄弟，这未免太浪费空间的资源。空间和地面的环境不同，有其不同于地面的特征，这些特征正是空间射电望远镜可以利用的。空间的最大特征就是“空”，没有遮挡。在空间中某点，可以看到整个天空，全景无遮挡。这是在地面上无法比拟的。地球上，白天看不到晚上的天空，北半球看不全南边的天空。原则上，在空间中可以同时观测整个天空——如果望远镜可以覆盖整个天空的话。我原来思考过，做若干个望远镜，拼成一个正二十面体，这样就可以同时观测整个天空了。但是，正多面体毕竟不是各向同性的，某些时候可能还是要进行转向，这在空间中并不容易。所以，其实可以做一个球面的相位阵，这样无需转动“望远镜”就可以实现对全天进行观测，指向的变化可以通过数据处理软件实现。空间的另外一个特征是广阔。这使得有可能以极长的基线进行射电干涉的观测。接着上面的讨论，干涉观测也可以使用多个球面相位阵，这样，无需转动就可以实现对全天所有方向的干涉观测。不过，这样的空间射电望远镜在硬件和软件上都是巨大的挑战。就先当我是在科学幻想吧。; 个人分类: 思考|3443 次阅读|5 个评论

“梦想”照进现实（二）“光学型”射电望远镜: 热度 1 qianlivan 2013-3-29 08:44; 射电望远镜长得和光学望远镜都不怎么像。光学望远镜通常都有个镜筒，用来准直和遮挡杂散光。射电望远镜则就是个反射面加接收机，没有准直用的镜筒。昨天梦到一个射电天文台和光学天文台差不多，有个圆顶，射电望远镜有个镜筒，观测什么的和光学望远镜差不多。不过，当然了，这个圆顶是巨大的，要知道射电望远镜都是几十米口径的，镜筒口径也差不多，圆顶之大就可以想象了。醒来想想，除了工程上难以实现之外，从原理上似乎是可行的。当年彭齐亚斯和威尔森就是用带“镜筒”的天线（角形天线）发现宇宙微波背景辐射的，银河系中心氢的发现也是将波导（类似镜筒）直接指向天空发现的。原则上，为射电望远镜加一个镜筒就可以像光学望远镜那样实现准直，遮挡杂散辐射了。事实上，角形天线就是因为旁瓣很小，所以能精确测量流量，因此才能发现宇宙微波背景辐射。只是，一个几十米的射电望远镜再加一个几十米口径，几十米长的“镜筒”，这在工程几乎是无法实现的，也是相当不经济的。; 个人分类: 思考|2507 次阅读|4 个评论

"梦想"照进现实（一）月基射电望远镜和月球同步轨道: qianlivan 2013-3-21 14:12; 之前在一本书上看到说可以把梦境记下来，能分析自己的思想。最近又有同事说，应该把梦里的想法记下来，说不定就是好的想法。昨天还真梦到点东西，当然没强迫自己凌晨起床记下来。不过到了今天白天也还记得，就顺便记下来。昨天梦到的是月基望远镜，这可能和前段时间思考过这个问题有关。昨天梦到的：把望远镜放到月球上去可以有个简单的办法——拿记忆金属做个反射面，然后揉成一团，然后扔到月球背面去，然后等着展开就行了。可是，接收机怎么办？好办，让反射面聚焦到月球同步轨道，把接收机放月球同步轨道就可以了。醒来一想，这个梦还挺像回事，所以我决定算算“月球同步轨道”。由于地球的影响很大，而月球的自转周期太长（和公转周期相同，大约28天）所以月球同步轨道不能像地球同步轨道那样，所谓的月球同步轨道其实是绕地月系统质心的公转轨道。再往下一下，不就是地月系统的$L_2$点么？可以简单地估算一下。以下两个方程分别描述了“月球同步轨道”上的离心力和引力平衡以及月球公转轨道上离心力和引力平衡 $\omega^2 x=\frac{M_E}{(D_{EM}+x)^2}+\frac{M_M}{x^2}$ $\omega^2 D_{EM}=\frac{M_E}{D_{EM}^2}$ 其中$\omega$是月球自转（公转）角速度，$x$是月球同步轨道和月球的距离，$M_E$和$M_M$分别是地球和月球的质量，$D_{EM}$是地球和月球的距离。将第二个方程整理带入第一个方程消去$\omega$，做变量代换$y=x/D_{EM}$，$\mu=M_M/M_E$，可以得到 $y^3(1+y)^2=y^2+\mu(1+y)^2$ 其中月球和地球的质量比$\mu=1/81$。计算得到$y=0.4966\approx 0.5$，也就是说“月球同步轨道”与月球的距离大约是地月距离的一半。要把射电望远镜的接收机放在这个地方是不可接受的，因为在这么远的距离上波束的物理尺度已经非常大了，没有接收机可以把月球上反射面反射的能量全部接收下来。; 个人分类: 思考|4026 次阅读|0 个评论

世界上规模最大的地面射电望远镜阵列投用: 热度 3 cuncaoxin 2013-3-14 15:42; 2013年3月13日，世界上迄今为止规模最大的地面射电望远镜阵列项目——阿塔卡玛射电天文望远镜全部落成并投入使用，揭开遮蔽我们视野的宇宙大幕。它可以帮助天文学家捕捉到宇宙中更加寒冷的天体（分子气体、星尘、大爆炸辐射等）并提供正在形成当中的星系、恒星或者行星的图像。阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波射电望远镜阵列ALMA屹立在智利北部阿塔卡玛沙漠海拔约5000米的查赫南托尔高地上。 2012年 10月28日，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海天文台正式落成。这台射电望远直镜径达65米，射电天文望远镜的综合性能排在亚洲第一、世界排第四，能够观测100多亿光年以外的天体。据了解，这个射电望远镜将参与我国探月工程及各项深空探测任务。目前世界最大的单口径射电望远镜是美国在波多黎哥建造的、直径305米的阿雷西波(Arecibo)。2016年，中国研发设计的500米口径球面射电望远镜在贵州黔南苗族自治州平塘县克度镇建成后，将成为世界最大的单口径射电望远镜。超导探测器类似人视网膜上的灵敏的感光细胞，是阿塔卡玛望远镜的核心器件之一，而这种超导探测器技术恰好是中国科学院紫金山天文台的特长。阿塔卡玛望远镜是国际大科学工程，由欧洲、北美和亚洲共同出资建造。中国虽然没有正式加入该项目，但中国科学院紫金山天文台于2004年与日本国立天文台签署关于阿塔卡玛望远镜共同研究的备忘录，并以单文磊研究员、史生才研究员为主参与阿塔卡玛两个波段的超高灵敏度接收机的研制工作。中国科研人员在这两个波段超导探测器的研制工作中起到了关键作用，所设计的探测器被阿塔卡玛望远镜所应用。在66面阿塔卡玛望远镜的每一个中都包含中国科学家的贡献。; 个人分类: 科普百科|2850 次阅读|3 个评论

FAST早期科学研讨会参会总结（二）同时观测: qianlivan 2012-11-2 21:14; 射电望远镜通常有若干台接收机，因为很难建造一台全波段的接收机。此外，由于计算量的限制，对于同一台接收机，也无法兼顾宽带和高谱分辨率。所以，要完成不同的观测目标所需的时间是很多的。多波束接收机是提高射电望远镜观测效率的一个方法。从本质上来说，多波束接收机就是多个波束同时观测，而这些波束规则地排列成一定的形状。原则上，仅仅将波束放在焦平面上而不排成规则的形状也可以同时观测。再多想一步，放在焦平面上不同波段、不同目的的馈源原则上也可以进行同时观测，这和多波束没有本质的不同。这个想法虽然简单，我在很长之间内并没有想到。我是从老岳那里第一次知道这个想法的。这次会议中，Josh Peek和Dan Werthimer反复强调了同时观测的重要性。其中Josh Peek的一个想法是，在L波段接收机进行中性氢巡天的时候，同时打开L波段单波束接收机，同时进行河外OH脉泽巡天。虽然此时L波段单波束接收机的波束是很不规则的，但是河外OH脉泽是点源，这个不规则的波束不会造成很大问题，灵敏度是关键，这正是FAST的优势。虽然这样观测不能达到L波段单波束接收机的最佳状态，但是这充分利用了望远镜的观测时间，值得认真考虑。Dan Werthimer的想法是在后端将任何接收机的信号接一部分出来进行SETI研究，这也充分利用了望远镜时间。基于上面的两个想法，一个更激进的想法是，在进行任何观测的时候都打开尽量多的接收机，同时进行多项观测。后端的信号也可以进行综合利用，比如，中性氢巡天的信号也可以用来搜索脉冲星。当然，同时观测对计算机和存储会提出更高要求，但是相比望远镜的造价，这是值得的。; 个人分类: 总结|3172 次阅读|0 个评论

[转载]SKA射电望远镜选址确定: yshimp 2012-5-28 03:48; http://tech.sina.com.cn/d/2012-05-26/11377172673.shtml http://www.sina.com.cn 2012年05月26日11:37 新华网 !-- div class="moduleParagraph" -- 　　新华社北京5月26日电综合新华社驻伦敦记者黄堃、驻开普敦记者高原报道，即将成为世界最大射电望远镜的SKA望远镜将在南非和澳大利亚等国建设，这标志着这一大型国际科研合作项目向实际建设迈出重要一步。　　SKA望远镜全称为“平方公里阵列望远镜”，是数千个碟状探测装置的集合体，这些装置将分布在多个地区，它们的探测结果可以汇总起来获得观测图像。按计划，这些探测装置的总面积可达1平方公里，灵敏度比现有最好的望远镜高出50倍。据称，SKA建成后将成为迄今世界上最大的射电望远镜。　　总部设在英国曼彻斯特大学的SKA组织当地时间25日发布公告说，SKA望远镜第一期工程的大部分天线将建在南非，还有一部分将建在澳大利亚和新西兰，随后的二期工程可能会建在非洲南部其他国家。　　让SKA充分发挥作用，选址尤为重要。SKA组织理事会主席约翰·沃默斯利说，这是经过仔细考虑后做出的决定。　　南非科技部长娜莱迪·潘多尔说，SKA项目三分之二的天线将建在南非和非洲其他地区，“这是南非和非洲的骄傲”。　　SKA是一项大型国际科研合作项目，参与国有澳大利亚、加拿大、意大利、新西兰、南非、荷兰、英国和中国，项目预计总投资15亿欧元。根据计划，该项目预计2016年开工，2022年投入运营。　　据介绍，SKA望远镜建成后将有助于回答许多有关宇宙的深层次问题，如大爆炸之后恒星和星系的起源，宇宙中的暗物质究竟怎样发挥作用，以及寻找地球以外的生命等。 .icon_sina, .icon_msn, .icon_fx, .icon_qzone, .icon_renren{background:url(http://i3.sinaimg.cn/dy/deco/2012/0509/icon_4.png) no-repeat 0 0;display: inline-block;vertical-align: middle;width:24px;height:24px;margin-right:8px;margin-top:-4px;} .icon_qzone {background-position: 0 -50px;} .icon_renren {background-position: 0 -100px;} .icon_fx {background-position: 0 -150px;} .icon_msn {background-position: 0 -200px;}; 2074 次阅读|0 个评论

[转载]宇宙的信息丢失：神秘“视觉空洞”？: crossludo 2012-5-24 11:49; 宇宙5亿年信息或丢失形成神秘“视觉空洞”？哈佛科学家认为早期宇宙的信息可能已经永远丢失，随着时间的推移，我们将无法窥视这一宇宙时期。腾讯科技讯（Everett/编译）据国外媒体报道，目前最新的宇宙研究可追溯到130亿年前，仅仅是大爆炸发生后的五亿年左右，这个时期内宇宙的第一代恒星和星系逐渐开始形成，但是科学家们认为当第一代星系完全诞生之后，早期宇宙的信息已经丢失，因此观测“宇宙扰动”的最佳时期应该是恒星开始形成之时。随着时间的推移，我们甚至将无法窥探到这一宇宙时期，形成“视觉空洞”。转播到腾讯微博艺术家绘制的宇宙第一代恒星宇宙学家认为我们目前所在的宇宙极为奇妙而且复杂，其中充满了数千亿个星系以及神秘的宇宙大尺度结构，有着具有137亿年的历史。在宇宙诞生之时，微小的扰动对未来宇宙的演化存在很大的影响，因为随着时间的推移，早期宇宙中任何一个不起眼的扰动都在未来的宇宙中放大，就像一个池塘的波纹，最后会扩散至整个池塘。对此，宇宙学家们正在寻找观测早期宇宙的最佳时间，但现在会是最佳的时间吗？我们能否得知宇宙的将来或者过去数十亿年的事件？哈佛大学的理论宇宙学家阿维·勒布（Avi Loeb）通过最新的计算机模拟研究显示目前理想的观测宇宙时期能触及到130亿年前的宇宙事件，该时间段位于大爆炸之后的大约五亿年。随着时间的推移，最佳观测时间逐渐往后，我们也将失去早期宇宙的详细信息。阿维·勒布对此认为：“我很高兴在这一历史性的时刻成为一名宇宙学家，我们仍然能恢复一些关于早期宇宙的线索。”而对于最佳观测时间，目前科学家有两个相互竞争的理论。一个理论认为年轻宇宙的视界最为靠近我们，因此我们只能看到很少的一部分宇宙信息。另外一个理论认为随着宇宙年龄的增加，我们可以收集到更多的来自遥远宇宙空间的光线。然而，在年龄更大或者其他新加入的宇宙中，物理学家发现坍缩使得引力如同在宇宙池塘中，这段时期的宇宙被喻为“泥潭水域”。两个相互竞争的理论似乎都相互作用，但第一个的问题明显要好于第二个竞争理论。研究结果显示我们研究宇宙扰动的最佳时间为大爆炸之后的五亿年，也就是宇宙中第一代恒星与星系形成之时。由于第一批星系诞生之后，关于早期宇宙的信息很可能随之丢失，而查看宇宙扰动的最佳时期是宇宙第一批恒星诞生之时。现代研究人员通过使用射电望远镜检测了早期宇宙存在的各种物质，比如氢气。当这些无线电波在130亿年之后抵达地球，保留着原有的信息记录，我们仍然可以观测到早期宇宙会发生何种事件。理论宇宙学家阿维·勒布认为射电望远镜是我们调查宇宙的最大希望，通过在大尺度上观测氢元素，我们可以洞察到早期宇宙中发生的事件。而对于另外一部分的宇宙学家而言，加速膨胀的宇宙将使得所获得的图片显得有些暗淡。因为宇宙的加速膨胀，星系正好处于我们的视野之外，这就意味着那些星系的光将永远不会抵达地球。此外，随着引力涉及的大尺度结构越来越大，最终这些被我们所见的星系也将被拉伸到视觉之外。如果届时的时间段是当前宇宙年龄的十至一百倍，宇宙学家将不可能观测到这些星系。根据勒布介绍：如果我们想了解早期宇宙，就应该在永远无法观测到它们之前收集详细数据。; 个人分类: 预测科学|1331 次阅读|0 个评论

射电望远镜汇聚可见光的性能: 热度 1 qianlivan 2012-4-24 22:15; 射电望远镜可以汇聚射电波，这是很显然的。射电望远镜可以汇聚可见光么？可以想象，那些金属网做反射面，一眼可以望过去的射电望远镜对可见光的汇聚必然很糟糕，但是那些用金属板作反射面的射电望远镜呢？讨论这个问题有一个方便的公式——鲁兹（Ruze）公式。这个公式描述了一台表面精度为的望远镜对波长的电磁波的增益G(\epsilon)。具体方程如下其中是理想、无误差的反射面的增益，后面的指数因子是由于表面误差造成的增益下降。对于一台表面精度为2毫米的射电望远镜，在可见光波段，增益下降到大约，几乎是0。所以可以认为射电望远镜对可见光没有汇聚作用。从而也不用担心射电望远镜会成为一个太阳灶。 2012年4月25日补记：陈学雷老师指出，Ruze公式只对波动光学适用。在Ruze公式算出的效率非常低时（上述就是这种情况），需考虑几何光学的情况。这个情况我还没想明白。等我想明白了再来写。后记：对于不同波段的电磁波而言，表面精度的含义是不同的。对于射电波而言，反射面表面精度主要由面板单元的拼接误差主导，而对于可见光来说，拼接误差不一定作为表面精度。按陈老师指出的，使用抛光铝板（表面精度可达到2微米），每个单元就相当于一面镜子，在拼接有误差的情况下，形成的反射面对可见光仍然有汇聚作用。可以联想关于阿基米德用镜子烧毁敌军船帆的传说（当然，这是值得怀疑的）。; 个人分类: 思考|6365 次阅读|2 个评论

射电望远镜的可靠性与效能: 热度 4 qianlivan 2012-4-22 21:08; 效能这个词以前听过不少次，不过真正有点体会还是得益于去年初对工程管理方面的培训。当时课上老师举了一个例子，假设某国空军的战机数量和另外一国持平，那么这两国空军的战斗力并不一定相等。除了人员、战术、战机性能等方面的差异，还有一项不是很显见的指标对战斗力有很大影响。考虑，如果两国空军的人员、战术、战机性能都相差无几，但是，一国空军的战机连续作战900小时需要维修一次，维修时间是100小时，而另外一国空军的战机连续作战100小时就需要维修一次，维修一次需要100小时，那么第一国空军的效能（战斗力）实际上大约是第二国空军的2倍。这是一个简单的例子，但是我原来根本没有考虑过。这个例子告诉我们，可靠性是工程中不可忽视的一项指标，它直接关系到最终的效能。我刚开始工作的时候，接触实际的射电望远镜不多，工程方面的知识就更少。那时考虑科学目标对工程指标的要求的时候，总是想“越灵敏越好”、“越精细越好”。这对于科学研究来说没有问题，科学的目标就是突破，做到极致，但是对于一项实际的工程，经费有限，不可能每个指标都达到极致。这个时候就要考虑取舍的问题。在头脑里装着“效能”这个词有时候就能对这种取舍有所帮助。作为一个例子，考虑射电望远镜的馈源。现在的射电望远镜已经进入多波束观测的时代，焦平面上通常有不止一个馈源。Arecibo望远镜L波段的多波束馈源共有7个波束，中心一个，其余六个围绕中心的这个馈源排成六边形。FAST望远镜L波束多波束馈源将有19个波束，中心七个波束的分布和Arecibo相同，在此基础上，外围还有12个波束，每六个排成一个六边形。在进行中性氢观测时，将多波束馈源的六边形一边放为水平，逆时针转动19.9度，然后沿水平方向扫描，这时波束形成的扫描线间距相等。对于Arecibo的7波束，这些波束的扫描线各不相同，而对于FAST的19波束，某些扫描线是互相重合的，一共有6对这样的扫描线。这些重复的扫描线就有助于提高多波束馈源的可靠性。可以证明，除了中心馈源，如果其它任意1个或2个馈源出现故障，只需要将馈源平面旋转60度，按原来的方向扫描，就可以保证每条扫描线都有正常工作的波束。所以，在中性氢扫描观测中，中心波束是可靠性的关键，只有保证中心波束正常工作，多波束馈源才能正常工作。因此，在经费有限的情况下，中心馈源就值得做得更好一些。在射电望远镜中还有如多波束馈源的中心馈源这样的部件，它们对于望远镜的可靠性十分关键，只有保证了这些部件的可靠性才能保证望远镜的效能。效能装心中，可靠比山重。; 个人分类: 思考|7287 次阅读|10 个评论

像场旋转: 热度 1 qianlivan 2012-4-17 22:03; 如果看过星空的延时摄影，那么你可能已经注意到，星迹是弧线。如果是在北半球，那么这些弧线都是以北极为圆心的。所以望远镜在对一个小天区进行跟踪观测的时候必须让底片或者成像电荷耦合元件（CCD）按一定规律旋转。否则，可以想象，部分星会在底片或成像设备上留下弧线星迹，而不再是点状的像。像场旋转在天文观测中是一个人们所熟知的需要解决的问题。然而，在单波束时代，射电望远镜观测的时候不用考虑星空的转动，因为旋转不会对一个圆形的波束产生影响。但是近年来，多波束技术快速发展。多波束馈源就相当于一个射电波段的成像电荷耦合元件（CCD），像场旋转的问题是不能忽略的，否则将只有中心波束能实现对源的跟踪。像场的旋转实际是一个标架转动的问题。如果望远镜观测天顶纬圈的源，那么从几何上来说，就是计算两个夹角为$\alpha$的子午面（也就是望远镜跟踪了角度$\alpha$）与上纬度$\delta$的纬圈交点处的大圆切线的夹角$\beta$（就是像场平面转动的角度）。根据几何关系可以发现 $$ R sin(\beta/2)=R sin(\delta) sin(\alpha/2) $$ 其中R是某个球半径（在这里无关紧要）。于是像场平面需要绕中心转过的角度$\beta$可以表示为 $$ \beta=2 sin^{-1}(sin(\alpha/2) sin(\delta)) $$ 注意到，根据这个公式，观测赤道面上的源不需要转动像场，因为赤道面上的所有经圈的切线互相平行。除了转动，像场平面还需要倾斜（就是像场平面法线转过的角度），这个角度的计算留作思考题。如果望远镜观测的不是天顶纬圈的源，像场转动如何计算？ 2012年4月20日补记：老岳提醒我，赤道式望远镜的像场是自动满足旋转的角度的。可惜射电望远镜大多是地平式的，还有啥式也不是的。 2015年3月18日补记：公式可能有误。正确方法应该是计算方位角。; 个人分类: 思考|6760 次阅读|2 个评论

太阳为透镜——听Claudio Maccone博士报告: qianlivan 2011-10-24 20:14; 大家对引力透镜一般都多少知道点，也大都看过远处类星体的引力透镜多重像，这些现在已经不是虚幻，而是天文中比较确定的观测事实。不过估计少有人会思考太阳的引力透镜效应，或者只是在哲学的层面上思考这个问题。今天听了国际宇航学院太空科学探索技术部主任Claudio Maccone博士的报告，这个报告让人眼前一亮。 Maccone博士今天报告的题目是“FOCAL space mission to 550 AU and beyond”，一眼看上去，几乎每个人都会疑惑，为什么是550AU？答案是这个距离是太阳作为引力透镜的最小焦距，如果我们在这个距离和比这个距离远的地方放置一个射电望远镜，我们就可以利用太阳的引力透镜效应观测远方的天体。这是个相当有意思的想法，当然也可以考虑太阳系其他天体的引力透镜效应。光在质量M的天体的引力场中的偏转角为这个角度和天体半径以及焦距的关系为上两式消去$\alpha$可以得到焦距如果计算一下就会发现一件神奇的事，太阳的焦距最小！所以550 AU是我们在太阳系里利用太阳系天体引力透镜效应至少需要达到的距离。如果我们现在在550 AU或者更远的地方有了一个天线，我们就可以利用太阳这个强力的透镜研究远方天体了。有三个可能的目标：银河系中心的黑洞、距离太阳最近的恒星alpha Cen A以及地外行星。到此，天文学家可能就会止步了，能研究银河系中心的黑洞就已经不错了。但是研究技术的人会走得更远，他们想到的是，把太阳作为一个放大器发射信号到深空。如果我们要发射一艘太空船到离太阳最近的恒星，这个想法就是必要的，这可能是唯一的一种我们能与这艘我们发射的非常保持通讯联系的方案。今天报告的想法很多听起来像科幻，但是按照Maccone博士的说法，这些想法你应该写下来，提交给某些机构，批不批，管他的，反正这些想法迟早会实现的。如果不写下来的话，这些想法就无法保留下来。我比较认同这种观点。今天还学到一个有用的概念，应该是误码率之类的东西，英文叫BER（Bit Error Rate），可以用这个式子计算 $$ {\rm BER}(d,\nu,P_t)=\frac{1}{2}{\rm erfc}\left(\sqrt{\frac{E(d,\nu,P_t)}{N_0}}\right) $$ 其中$E(d,\nu,P_t)$是发射能量，$N_0$是噪声对应的能量。这对于估算某种通讯方式是否可行非常有用。 2011年10月24日; 个人分类: 知识|4529 次阅读|0 个评论

射电星表和射电望远镜指向定标源: qianlivan 2011-8-25 16:05; 最近在考虑大射电望远镜指向定标的事。简单说就是从一个能覆盖所需天区的一个大的星表里找出流量、大小符合一定要求的源。已经有一些射电的星表，目前我考虑的是1.4GHz的定标源，所以我考察了一下1.4GHz巡天的星表，主要有三个，NVSS、FIRST和GB6。初步考虑一下，GB6中的源用作定标源有点问题，因为GBT的是一台100米口径的望远镜，波束比我考虑的望远镜大，所以里面的源的大小可能比较大。NVSS和FIRST都是干涉阵的观测，源的尺度可以控制，但是FIRST不是全天覆盖的，所以看来还是NVSS比较合适。关于星表的读取，NVSS和FIRST都是二进制表FITS文件，用IDL可以方便地处理。GB6是一个文本文件，反而不好处理。 http://www.cv.nrao.edu/~jcondon/gb6ftp.html 里有这个星表的格式，可惜是错的。正确的格式应该是 format='((2(I2),2(F4.1)),A2,3(I2),I3,2(F6.1),I6,I5,A2,3(A1),2(F5.2),I4,I4,2(I5))' GB6星表中源的分布 FIRST星表中源的分布 NVSS星表中源的分布; 个人分类: 思考|6214 次阅读|0 个评论

关于射电望远镜的指向定标（一）: qianlivan 2011-8-19 14:27; 通常射电望远镜通过对一个位置已知的点源的扫描对指向进行校准。在波束扫过源的时候，接收机后端的电路中接收到的电压会增加。用温度的语言说，就是在接收机系统温度T0的本底上会叠加一个源的温度T1。由于接收机系统温度会有起伏，假定起伏的比例为f，也就是起伏的幅度为fT0，所以对定标源的温度T1有一定要求，T1fT0（比如T110fT0）。源的流量和温度的关系为也就是流量大于S的源才能作为指向定标源。举个例子，假设接收机系统温度为20K，稳定度为1%，对于一台100米口径的望远镜，只有流量大于1380×10×1％×20/3.14/50^2 Jy=0.35 Jy。而对于300米口径的望远镜，这个值大约是0.04Jy。; 个人分类: 思考|3961 次阅读|0 个评论

云南之行之云南天文台篇--凤凰山上(图): xieyan 2010-5-20 10:06; 云南天文台是我见过的最心仪的科研基地。顺着山脚下的盘山公路只要再走上一会儿，便可以看见山门，山门上直书云南天文台几个大大的LOGO ；从此再往上，整个山头便都是云南天文台的地盘了。进了山门，似乎一下子离天空更近了，沿途不时的可以看见问天之物，一个望远镜或者一个天线。没有凿山的痕迹，也没有突兀的高楼，这里的每一条路、每一座房子都是依山势而建，伴着山势的起伏错落的分散在山的各处。不熟悉的话，想去实验室，那么请首先观山势、辨方位，想象着越过这个小山头，或许有你要去的小房子。然后爬坡、下坡，注意脚下的松子，不要被它们绊倒；时间充裕的话，还可以留心身旁各种各样叫不出名字的花和树，在灌木丛中伸进头去找小松鼠们。不仅如此，错落的望远镜和绿树相互掩映，融为一体，每一件科学的杰作都得到大自然的垂青。你会惊奇的发现，在这里工作，可以成为一种享受。无论何时，无论有多么辛苦，一旦走出实验室，开门便处于青山环抱之中，头顶着澄澈的天空，嗅着草木的清香，走在松软的红土上甚至可以真诚的感受到，我们是在为大自然服务。山不在高，有仙则名。这句话用来描述凤凰山，再也合适不过了，人类在这座深山之中向天空发出我们的问候。直径40米的巨型天线，像巨大的天眼探向天空，也许只有叩问苍穹，才需要如此大的阵仗。不远处的一座简单精致的两层橘红色小楼，便是天眼的心脏，经由天线接收到的信号在这里运算处理。在天圆地方的年代，我们的祖先怀着一颗虔诚之心，修筑通往上天的长长阶梯，一步一叩首，祭天问天；后来，祖先拿起手中的纸笔，描绘出日月运行、天文历法，用巧夺天工的技艺来演示天象；如今，我们踏着前人的脚印，同样怀揣着一颗敬畏之心，带上我们的勤奋智慧，用无限的信息展开天地之间的对话。如果你认为这是一片清静的闭关修炼之地，那么又错了。这里已经成为昆明的一个旅游景点，它属于到昆明来的每一个人。到这里来，不需要预约，没有门票，只要带上点随身的干粮，便可以随意在这里漫步。这里就是凤凰山。在这里，科研可以如此奢侈、如此霸道的占山为王，又可以与自然如此和谐的相处，如此的亲近大众。附：VLBI网简介　　VLBI即甚长基线干涉测量。VLBI技术就是把几个小望远镜联合起来，达到一架大望远镜的观测效果。这是因为，虽然射电望远镜能看到光学望远镜无法看到的电磁辐射，从而进行远距离和异常天体的观测，但如果要达到足够清晰的分辨率，就得把望远镜的天线做成几百公里，甚至地球那么大。　中国科学院的VLBI网目前由北京、上海、昆明和乌鲁木齐的四个望远镜以及位于上海的天文台的数据处理中心组成。这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜，测角精度可以达到百分之几角秒，甚至更高。绿树掩映之中的天线40米巨型天线，左边的小楼便是数据处理机房夜色下的望远镜望远镜，背景是湛蓝的天空; 个人分类: 触碰科学|4865 次阅读|0 个评论

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标签: 射电望远镜

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