第三章天文观测方法

旋转抛物面
•对于与主轴平行
Βιβλιοθήκη Baidu的光，经反射后
会聚到焦点
•每道光的路程
都相等
ABF＝CDF＝ EGF＝HKF＝ A
…
•在焦点处
电波相位相同
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抛物面天线的作用之一： 收集能量
有人以为大型望远镜可以把天体放得很 大。大望远镜的作用並不是要把天体图象 放得很大，而是要提供一個较亮和较清晰 的影像。（恒星只是一个亮点）
越性。
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地球大气仅允许可见光个射电波段到达地面
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• 红外、紫外、X射线和伽瑪射线 被大气层所阻隔
• 必须把红外、紫外、X射线和伽 瑪射线探测设备放入太空轨道才 能发挥功用
• 哈勃空间望远镜是光学望远镜， 是为了克服大气抖动所造成的分 辨率的限制
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• 可見光、紅外线、无线电波等等， 全部属于电磁波。
光学波段的波长远比射电波段的短， 光学望远镜的分辨率远比射电望远镜高。
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口径10厘米的光学望远镜，观测波长 为5500埃（埃＝10－8厘米）时，分辨角 为1.4角分，而射电望远镜，在波长为 5.5厘米观测波段上的分辨角要达到1.4 角分，则要求射电望远镜天线的口径达 到10千米，比光学望远镜的口径大10万 倍。而且，还要求抛物面天线的表面精 度达到1/20波长（ 3毫米）。
非常高的灵敏度 非常高的空间分辨率 成象，可获得天体的图象
可与光学望远镜媲美 第三章天文观测方法
1，大气窗口
地球大气有两个窗口，允许可见光
和无线电两个波段通行无阻地到达地
面。天文学家把天体的无线电波段称
为射电波段。
天文学家只是近几十年前才利用射
电波段这个窗口。射电天文这种新的
观测手段一出现，就显示出极大的优
第三章天文观测方法
天文观测要求： • 能接收到来自天体的
微弱辐射 即要求有很高的灵敏度
• 能看清天体的细节 即要求有很高的空间 分辨率
第三章天文观测方法
2，射电天文望远镜
• 20世纪30年代初美国贝尔电话实验室的
央斯基发现银河系中心发射来的无线电波。
• 不久，美国射电天文学家雷伯用直径
9.45米抛物面天线射电望远镜证实。
回答是肯定的。赖尔他们先驱 性的研究为实现这一目标奠定了 坚实的基础。
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因战争需要发展起来的雷达技术 为射电天文的诞生准备了条件。
建造大型天线以提高分辨率的办法 遇到不可逾越的困难。
射电天文学的发展要求另找出路！
第三章天文观测方法
射电天文学的困难
• 射电天文面临的最大困难是射 电望远镜分辨率远不如光学望远 镜，无法看清天体的细节。 • 无法像光学望远镜那样获得天 体的照片。
第三章天文观测方法
射电天文学家要使射电望远镜 的分辨率到达甚至超过光学望远 镜并也能成象的“ 梦想”能实现 吗？
“ 这台望远镜可以看到多遠的物体？” 这个问题无法回答。 “ 這台望远镜可看見多暗的物体？”
只要一個物体足夠明亮，无论距离多远 都可以看到。
第三章天文观测方法
灵敏度的定义
• 最小可测流量密度
S m in
Tsys
A tf
A为天线面积，f是频宽，t是观测时间
T接收系统温度
流量密度单位：央斯基
10－26尔格/ 秒·赫兹·米2 • 弱射电源：10－4央斯基
• 所有电磁波在真空中皆以同一速度 传播 (光速﹐c = 299792450米/秒)
• 在真空中﹐电磁波的传播速度(c)、 波長和频率，有以下的简单关系： (波 長) × (频率) = c
• 光的颜色是由光的频率所決定
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望远镜
肉眼只能看到约6千颗恒星，但光银 河系就有千亿颗恒星，成百亿的河外 星系。它们都暗弱。没有望远镜，就 没有天文学的发展。
第三章天文观测方法
抛物面天线的作用之二：
有很强的方向性
来自与抛物面主轴平行方向上的天体 射电波经抛物面反射后会聚到焦点，凡 偏离主轴方向较多的射电波都不会会聚 到焦点处的“ 馈源”上，因此这类射电望 远镜只能接收到来自主轴方向附近一个 角度的电磁波，这个角称为分辨角。分 辨角越小，则分辨率越高。
第三章天文观测方法
现代天文学与诺贝尔物理学奖 讲授提纲
三，天文观测方法
1．大气窗口和望远镜 2，射电望远镜 3，射电干涉仪 4，综合孔径射电望远镜 5，赖尔获1974年诺贝尔奖
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• 1974年诺尔贝物理学奖由英国剑桥大 学天文学家赖尔（M.Ryle）和休伊什 (A.Hewish)分享。 • 赖尔获奖是因发明的综合孔径射电望 远镜和观测研究而获奖。 • 综合孔径射电望远镜的特点：
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国际上大型射电望远镜 • 美国Arecibo 305米射电望远镜 • 德国Bonn 100米射电望远镜 • 英国Jodrell Bank76米射电望远镜 • 澳大利亚Parkes64米射电望远镜
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我国已有的射电望远镜
•乌鲁木齐25米射电望远镜 •上海25米射电望远镜 •青海13.7米射电望远镜（毫米波） •北京怀柔太阳射电望远镜 •北京密云综合孔径射电望远镜
• 第二次世界大战期间，雷达和反雷达以及
通讯技术发展很快。英国的海伊对一起曾使
英国军用雷达受到干扰的重大事件进行分析
后发现，太阳上发生的射电爆发是这一事件
的罪魁祸首。
第三章天文观测方法
射电望远镜的组成
1，天线（旋转抛物面天线） 2，接收器（放大器） 3，数据采集（计算机） 4，纪录器
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早期小型射电望远镜
• 1961年在原苏联克里米亚黑海岸 边观测日食
• 射电望远镜的抛物面天线口径3 米，工作波长3厘米
• 观测黑纸做的假月亮，很敏感。
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天文望远镜的空间分辨率
（弧度 1.2）2
D
分辨角（）和波长（λ）成正比，和 望远镜的口径（D）成反比。分辨角越小 ，分辨率越高。
第三章天文观测方法
在预研究中的
贵州大型射电望远镜
•口径500米，世界上最大 •反射面能自动调节为抛物面， 比Arecibo的球面反射面先进 •竞争1平方千米射电望远镜 21世纪国际大合作 中国方案：约30面口径300～500米 大天线组成
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3，射电干涉仪
射电天文学发展初期的射电望远镜 的口径都比较小，由于分辨率低下， 不能把相邻的几个射电源分辨清楚， 不可能得到一个射电源结构的信息。