射电天文学是如何发展的?
1931 年,为贝尔电话研究室工作的美国无线电工程师卡尔·高斯·央斯基,正在解决天电干扰问题,天电干扰岸上的无线电波和船只之间的电话通讯。天电干扰的起因很多,包括雷暴雨、附近的电子设备、经过头顶上空的飞机,这些都将产生无线电波,这些无线电波由于引入随机效应而干扰被用于电话通讯的有序无线电波,就产生无规则的声音—— 天电干扰的噼啪噪声。
央斯基制造了一台仪器,它能探测出这些讨厌的无线电干扰波,使用它时,它可测出一种发出嘶嘶声的新的弱天电干扰,开始央斯基不能确定它的干扰源。它来自头顶,每天稳定地移动。开始,央斯基觉得它是随着太阳运动的。但是,它以每天快 4 分钟的速度稍向太阳靠近—— 用这个计算星星靠近太阳的程度。
因此,央斯基推断出干扰源一定位于太阳系外。到 1932 年,他判定它来自人马星座方向。目前,已知道银河系的中心也位于此方向。贝尔在 1932 年底前发表了他的结论,虽然在当时很少有人注意到它们,但它们标志着射电天文学的诞生。
央斯基的成果几乎没有引起注意的原因之一是,当时的天文学家从未认为他们可以探测来自天空的无线电波,也缺少专门的设备来接收和分析这样的辐射。一个美国无线电工程师格罗特·雷伯在 1937 年设法利用央斯基的成果,制作了第一架呈抛物面形(壳的形状类似于汽车的前灯)的无线电波接收器。它的直径为 31 英寸,接收并反射无线电波,把电波聚焦在容易研究的点上。用这种方法,他制作了第一架射电望远镜, 并成为第一位射电天文学家。
雷伯发现并绘制了天空中比一般无线电波强的波源区域图。他把它们称为射电星,所有射电星组成一张射电天体图。1942 年,他发表了他的成果,但正值第二次世界大战期间,几乎没有引起人们的注意。
不过,紧挨着波谱中的红外线,被称为微波的最短的无线电波在战争中被证明是很有用的。这种微波能发射被飞机反射的脉冲。根据反射来的方向以及从脉冲产生到被反射的时间间隔,可以算出飞机的位置、飞行方向和速度。这被称为无线电探测和测距,这里测距是指测定距离。这个短语的缩写就是雷达。
在英国物理学家罗伯特·亚历山大·沃森-瓦特指导下,大不列颠的雷达研制工作发展迅速。正是雷达,而不是任何其他东西,从数字上显示,在 1940 年底的英国战役中,使处于劣势的英国空军击败了德国空军。
在雷达发展过程中,发明了探测无线电波的仪器,一旦战争结束, 高精密地探测来自太空的无线电波就成为可能。越来越大的射电望远镜被制造,这是因为制造大的射电望远镜比制造等大的光学望远镜容易得多。
当然,微波比可见光波长得多,这就意味着通过微波比通过可见光所看到的东西要模糊得多。然而,由于射电望远镜逐渐变大,微波的视觉就改善了。事实上,大的射电望远镜能相距很远地被制造,而且通过计算机使各部分达到同步,结果射电望远镜的直径达到几英里。那么微波的视觉就变得比可见光要清晰。
因此,自从 20 世纪 50 年代起,射电天文学在向我们提供宇宙中普
通光天文学所不能提供的信息方面,是极有用的。结果我们在近 30 年中所了解到的有关宇宙的信息比前面所有时间内了解的都多。