射電天文與無線電

孫建民 貴州省無線電監測站

射電天文與無線電

孫建民 貴州省無線電監測站

射電天文學（Radio Astronomy）是通過接收來自宇宙的無線電波，進行天文學研究的一門科學，是天文學的一個分支學科。它是以無線電接收技術為手段，觀測的對象幾乎涉及所有的天體。射電天文是無線電業務的一個大類，從它的英文名稱就能知道，射電的英文與無線電的英文單詞都是“Radio”。

與歷史悠久的天文學相比，射電天文學是一門年輕的學科，它誕生于二十世紀三十年代初，美國貝爾電話公司的工程師卡爾?央斯基（Karl Jansky）在做短波無線電通信實驗時，發現了來自銀河系中心的人馬座方向的無線電波，從此掀開了人類利用無線電波進行天文學研究的序幕。

第二次世界大戰以后，一些雷達科技人員將雷達技術應用于射電天文，射電天文研究得以較快地發展。二十世紀六十年代的天文學四大發現：類星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射都是通過射電天文的手段獲得的。與傳統的光學望遠鏡不同，射電天文望遠鏡具有很多優勢：可以不分晝夜進行觀測；無線電波可以穿透大氣層，因此射電天文觀測也不受天氣的影響；射電天文望遠鏡還可以深入到光學望遠鏡看不到的宇宙深處，探索被塵埃遮蔽的廣闊未知空間。

圖中展示了光學望遠鏡和射電天文望遠鏡觀測的銀河圖像，相比光學望遠鏡，射電天文望遠鏡可觀測到更多的天文現象。從上到下依次是408MHz射電連續譜，21cm中性氫，2.4～2.7GHz射電連續譜和光學觀測到的銀河圖像。

不同的電磁頻譜看到的銀河圖像 圖片由國家天文臺提供

射電天文觀測需要大口徑的天線和高靈敏度的接收機。大口徑的天線可以通過增大單面天線的口徑和多面天線組成綜合孔徑天線陣來實現。目前世界上最大的單口徑射電天文望遠鏡是位于我國貴州省平塘縣的500米口徑球面射電天文望遠鏡（FAST），于2016年9月25日建成，從FAST望遠鏡的提出到建成歷時22年，FAST望遠鏡具有我國自主知識產權，可以在宇宙形成、脈沖星觀測、地外生命探索等多個方面開展科學研究，是我國重點推進的大科學項目。

射電天文望遠鏡接收宇宙極其微弱的無線電波，在80多年的發展中，全世界的射電天文望遠鏡所收集的無線電能量不足以翻動一頁書。天文學家希望在整個無線電電磁頻譜上進行天文學觀測，但在無線電通信技術飛速發展的今天卻是相當困難的，天文學家甚至發出了在無線電電磁環境受到污染之前，讓人類再看一眼宇宙的呼吁。

射電天文望遠鏡容易受到人類無線電波的干擾，主要的干擾源有：

1.按照無線電波的傳播特性，低于40MHz的無線電發射不論位于世界的任何地方，都會對射電天文產生影響。

2.來自航空、航天飛行器和人造地球衛星的無線電發射和它們反射地面的無線電波形成的干擾，在某種程度上已成為干擾射電天文的難題，而且在整個地球都存在，通過更改臺址和地方管理部門保護的方法都不能避免這類干擾。

3.在射電天文臺址附近，不在射電望遠鏡工作頻段內發射的無線電臺和工科醫設備的電磁輻射，由于對電磁環境的背景噪聲作出了貢獻，也會對射電天文觀測造成不利影響。

為保護射電天文望遠鏡的正常觀測，通常采取以下辦法減少無線電干擾對射電天文的影響：

1.在射電望遠鏡選址時，預選站址的電磁環境是需要首先考慮的重要條件。選擇遠離繁華城市，地理位置比較偏僻，電磁干擾比較小，電磁背景比較低的地方建設射電天文望遠鏡。

2.在射電天文臺址附近規劃射電寧靜區，不允許在射電寧靜區內建設無線電臺站及有電磁輻射的工、科、醫設施。為保護FAST望遠鏡，貴州省于2013年出臺了《貴州省500米口徑射電天文望遠鏡寧靜區保護辦法》，劃定了30千米范圍的射電寧靜區，保護FAST正常工作。

3.在進行頻率規劃和指配時，在射電天文臺視距范圍內絕對不允許指配與射電天文共用的頻率；不在射電天文臺視距范圍內的與射電天文共用頻段的頻率指配要謹慎，要進行電磁兼容性計算，并通過實驗評估對附近射電天文業務的影響。

4.在射電天文臺附近減小其他不必要發射，在保障通信能力的情況下，盡量使附近的發射機降低發射功率。特別要注意高功率、高海拔的無線電發射對射電天文業務的影響。

500米口徑球面射電天文望遠鏡（FAST）——貴州平塘 攝影 孫建民