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东方之舟 -> 经济科技 -> 日本的宇宙观测技术
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东京博士

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日本的宇宙观测技术

野边山宇宙电波站,是日本国家天文台设在日本阿尔卑斯山脉的一个分支机构,位于长野县南牧村野边山,海拔1350米。夏日炎炎的8月盆节连休,能有机会来这里游览,并增加一些科普知识,是一个非常好的去处,而且是免费的。

射电望远镜(英语:Radio telescope)是一个专门的天线和无线电接收机,在射电天文学用来接收天空中从天文射电源的无线电波。射电望远镜的外形差别很大,有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜,有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜,有射电望远镜阵列,还有金属杆制成的射电望远镜。

20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

天文望远镜的极限分辨率取决于望远镜的口径和观测所用的波长。口径越大,波长越短,分辨率越高。由于无线电波的波长要远远大于可见光的波长,因此射电望远镜的分辨本领远远低于相同口径的光学望远镜,但射电望远镜又能捕捉到光学以外的物质电波讯息,因此宇宙观测探索射电望远镜是必不可少的,但射电望远镜的天线又不能无限做大,这在射电天文学诞生的初期严重阻碍了射电望远镜的发展。

1962年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的马丁·赖尔(Ryle)利用干涉的原理,发明了综合孔径射电望远镜,大大提高了射电望远镜的分辨率。

其基本原理是:用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波,两束波进行干涉,其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖。

野边山宇宙电波站的主要设备有三种:

1.45m电波望远镜:一座口径45m的单一碟型天线射电望远镜,使用波段是短毫米波。这是世界最大级口径的射电望远镜,这个望远镜可以捕捉到来自天体宇宙极其微弱的电波讯号,由于自重达700吨的关系,倾斜调整时镜面会变形,因此望远镜构造设计为即使镜面变形也能自动进行镜面误差0.1mm的再调整复位,并高效率收集电波。这台望远镜也是观察太阳黑洞的有力武器。

2.野边山毫米波阵列:由6座口径10m的射电望远镜组成的毫米波阵列,实现了相当于直径600m的射电望远镜的功能。

3.野边山电波太阳照相机:由84个天线组成的太阳观测阵列。用于观测太阳的长期活动。

这里选址为作为宇宙电波观测站,是因为在日本国内不仅是风光明媚的景胜地,也是屈指可数的“星空的名胜”。野边山与冲绳县石垣岛和冈山县井原市美星町一起,被天文学者选为“日本三大星空名所”。

野边山高原上,还有日本国铁,即JR铁路的最高地点(海拔1375m),这里海拔高,空气干燥,清澈。因为被周围的群山环绕,收不到多余的电波噪声,因此国立天文台在这里设置了电波望远镜,进行宇宙电波的观测。

到了夜晚,由于这里远离市区的城市灯光,没有光害,因此能用肉眼看到灿烂的星空。可以说是野边山高原设置观测所,不仅只是海拔高,还因为有着广阔的农业土地,没有遮挡的景色使天空的群星一望无际。

1993年,野边山的45m口径射电望远镜拍摄到了涡卷银河NGC4258中心(距离地球8500万光年)的秒速1000km旋转中的圆盘,并计算出它具有太阳3900万倍的质量,其引力不仅连任何物质都无法脱离,甚至连光波也无法摆脱,由此人们对黑洞的认知迈进了一大步。

东京博士 2020年8月17日











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[楼 主] | Posted: 2020-08-17 15:01 顶端
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我对射电望远镜真的是一窍不通,临时抱佛脚学习了一下相关知识,与大家分享一下。
参观途中遇上好几组家长带着暑假的孩子来这里,孩子们从小接触这些真的很有意义。











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[1 楼] | Posted: 2020-08-17 15:05 顶端
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说实话,能观测到距离8500万光年之外的宇宙的状况,真的是没什么具体概念,光速每秒30万km,1光年就是30万km x 3600秒 x 24小时 x 365天啊,8500万光年折合多少公里?反正我早已崩溃了,放弃计算。不过有一点是肯定的,此时此刻射电望远镜看到的镜像,应该是超远古时代发出的电波,现在发出的电波要8500万年以后才能在地球上观测到。











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[2 楼] | Posted: 2020-08-17 15:06 顶端
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射电望远镜与光学望远镜的成像比较。


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[3 楼] | Posted: 2020-08-17 15:07 顶端
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野边山宇宙电波站的参观导览图


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[4 楼] | Posted: 2020-08-17 15:08 顶端
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野边山宇宙电波站的中文资料


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[5 楼] | Posted: 2020-08-17 15:08 顶端

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