天文望远镜论文

赫谢尔。1981年3月13日英国天文学家赫谢尔发现天王星，其用自制天文望远镜发现了一颗行星并命名天王星，他一生发表70篇重大贡献的论文，被英国皇室封为爵士。

物理学和天文学的结合产生了天体物理学，在19世纪末达到了鼎盛时期，当时人们广泛使用天文望远镜观测从天体发来的光谱信息。人们分析这些光谱从而大大扩展了对天体的认识。进入20世纪，无线电开始得到了应用。出乎科学家的预料，无线电工程刚刚发展，就成了天文学的重要工具。到了20世纪中叶，以射电天文望远镜为主要工具的射电天文学已经成为天文学的一个重要分支学科，许多重要天文发现由此产生。一座座射电天文望远镜不分昼夜，在世界各地指向太空，不停地捕捉来自宇宙的信息，其本领远远超过光学望远镜！我们现在就来对射电天文学的发展做些简单的介绍。从中可以看到有关的一些物理学家为射电天文学的发展所做的多项创造性贡献。首先要提到的是宇宙无线电波的发现者，他名叫央斯基（）。

央斯基是美国人，1928年大学毕业后来到贝尔实验室工作。他当时的任务是研究短波通信的干扰问题。1931年的一天央斯基在研究短波通信干扰时注意到了一种非常微弱的吱吱声。虽然这样微弱的干扰对无线电通信没有实际影响，他完全可以对其置之不理。但是，央斯基本着对宇宙的好奇心，没有放弃这一异常现象。起初，他以为这种噪声可能与太阳有关系。经过反复考察，他发现这些噪声每天总是提前4分钟发生。他一时不明白这一现象的起因。正好央斯基有一位从事天文学的朋友，他在和这位朋友的交往中学到了许多天文知识。他知道：恒星日比太阳日要短4分钟。这使央斯基想起，这个按时出现但却总要晚4分钟的宇宙无线电波不是来自太阳，一定是同某个恒星有关系。央斯基锲而不舍地紧紧地跟踪这微弱的噪声。经过一年的监测，终于找到了这个射电源的方位。他绘出了射电源在宇宙上的坐标。原来，这个射电源在银河系中心附近。

这是人类第一次探测到来自太空的无线电波。从此，人类打开了探测宇宙奥妙的又一个窗口……射电天文学从此诞生了。在这之后，射电天文学迅速发展，先后发现了宇宙背景辐射、星际分子、脉冲星和类星体。人们利用射电天文望远镜把自己的视野扩展到100亿光年以外的深远宇宙空间。

提起射电天文学的创建和发展，不能不说到英国剑桥大学卡文迪什实验室和在那里工作的两位著名物理学家，他们是赖尔（Martin Ryle）和休伊什（Antony Hewish）。赖尔在射电天文学方面做出了先驱性工作，特别是发明了所谓的综合孔径技术，休伊什则是在发现脉冲星的过程中起了决定性的作用，他们共同获得了1974年诺贝尔物理学奖。

赖尔1918年9月27日生于英格兰的一个书香门第的家庭里，很小就对天文学有特殊的爱好。他喜欢独自思考，善于动手，学过木工手艺，长大后参加过制造帆船和航海活动。赖尔的祖父是一位业余天文爱好者，拥有一架10厘米的折光望远镜。据说赖尔小时候曾因思考广袤空间为什么能永恒存在而夜不入寐。在中学时代，他对无线电非常感兴趣，自己动手制造发射机，参加业余无线电爱好者活动站。1936年赖尔进入牛津大学基督教会学院学习物理。他对卡文迪什实验室阿普顿（）教授的电离层研究很感兴趣，立志要进到卡文迪什实验室参加电离层研究。1939年，他一毕业就被阿普顿的合作者拉特克列夫（）教授招到卡文迪什实验室的电离层无线电研究小组，准备跟随拉特克列夫做博士论文。可是还没有开始就爆发了第二次世界大战。这时战争的需要压倒一切，而雷达和天线的研制又是最急迫的任务。于是，赖尔发挥他对无线电的特长为加强国防出力。在卡文迪什实验室，他开始接触到雷达天线的工作，做了许多模拟试验，还进行过新式天线的设计。不久赖尔应征加入英国空军部研究所，后转电讯研究所工作，他先是从事波长米机载拦截雷达天线系统的研制，并发展了机载定向天线。还参与用于鉴别敌我飞机的机载雷达应答器的研制。1941年初，赖尔负责一个小组，研制厘米波雷达的测试设备，制造了原型的厘米波信号发生器、波长计、功率计和脉冲监视器。

1942年赖尔曾参与研制对付德军监视英国飞机的预警雷达系统的机载干扰发射机和对付德军机载通讯系统的干扰发射机。赖尔还设计了一种非常有效的机载预警接收机，帮助轰炸机及早躲避敌机的拦截雷达的追踪。

1944年，赖尔和他的小组参加了一个复杂的电子欺行动，以掩护盟军在诺曼底登陆，他们设计了应答器，模拟舰队的回波雷达信号。这个行动获得了成功。

赖尔还发现德国初期V2火箭的制导是靠地面发射信号来控制火箭最后飞行速度和熄火时刻的秘密，发射信号是隐没在宽带的一大堆混淆信号中的一对频率。为此他设计了一种新型接收机，专门用于搜索这对频率，并用机载的大功率干扰发射机进行干扰，从而达到了破坏V2火箭命中率的目的。

1942年2月12日两艘德国军舰在干扰掩护下逃离英吉利海峡之后两周，英国防空雷达又遇到了一次大干扰。这一干扰曾经使4米防空雷达的回波经常出现消失。人们甚至猜测是不是德国人发明了一种新的干扰器件。但是也有人认为，这一消失可能是来自太阳的射电电波造成的。负责调查这次事件的海伊（）发现，引起这次干扰的是太阳上一个大黑子群中产生的大耀斑。如果这一不期而遇的现象是真实的，太阳射电就大有研究的价值了。但是由于这个问题涉及军事秘密，没有公开，只有少数人接触到，而知道这个战时军事秘密的正是拉特克列夫。拉特克列夫认为，这是一个极富挑战性的课题。战争期间由于军事问题优先，不可能对这类现象做深入研究。现在战争结束了，由于无线电接收机的灵敏度和信噪比大大提高，使得观测来自太阳的无线电波变成容易得多，有可能做出判决性的结论。因此他就建议刚刚从军队返回卡文迪什实验室的赖尔针对这个问题进行研究。

赖尔和他的同事从1945年12月开始检验来自太阳的米波射电。1947年斯密士（）加入，1948年休伊什也加入进来了。

1948年太阳黑子周期接近最大，这是一次极好的观测机会，可以全时连续记录来自太阳的射电辐射。以前的观测表明，来自太阳的厘米波辐射是非常明显的，任何时候都可以观测到，然而米波辐射则很少记录，只有在太阳黑子活动较为频繁的期间才能观测到。这是什么原因？是不是在其他时间里太阳就没有米波辐射？或者这一辐射的强度极低，以至仪器的灵敏度无法检测到？

为了回答这个问题，赖尔等人建造了一台设备，可以获得比战时米波雷达高大约100倍的角分辨率，从而探测到比过去所见弱得多的信号。他们发现，太阳米波辐射在所有时间里都可以测到，而且比预想的强得多。

1949年赖尔和翁伯格（）按照自己的方案设计了一台独特的干涉射电天文望远镜。这台仪器由两组天线阵构成，指向子午线，这样就可以当地球旋转时，接收角扫过太阳，从两组天线分别得到的电流在电学仪器上产生干涉图像。天线之间的距离大约为250米，可以随意改变，从干涉图像的变化可以计算出产生射电波的太阳那块表面面积的直径。计算的原理和迈克耳逊干涉望远镜的干涉条纹计算星体直径的原理是一样的。由此赖尔和翁伯格发现，在太阳活动期，射电源是非常密集的，它的大小比太阳本身要小得多。

干涉射电天文望远镜的发展是卡文迪什实验室在射电天文学方面的主要特色。这类望远镜越做越大，角度分辨率越来越高，于是就有越来越多的射电源得以确证，其形状也一一被描绘出来。望远镜的灵敏度增大了，足以探测更弱的、更遥远的射电源。同时，他们也相应地研制出了各种与之有关的电学仪器。

在赖尔的领导下，剑桥大学先后建立了一系列通用和特殊的射电天文望远镜，到了1972年又新开设了5千米的射电天文望远镜，这是相当宏伟的工程。

与这些设备的改进相伴的是，这里用上了更有效的方法。这就是所谓“孔径综合”技术。只要用小的天线，连续地移动到和巨型射电天文望远镜各部分相应的位置，再把信号送到计算机里加以综合，就可以获得跟巨型射电天文望远镜同样的效果。

赖尔是射电天文学的主要创建者之一，他发明的综合孔径射电天文望远镜成为世界各国射电天文学家仿效的典范。他创建的卡文迪什射电天文学基地成为国际上最重要的射电天文研究中心之一。他在射电天文观测技术、射电宇宙学和射电源物理学等方面做出了大量的创造性贡献和发现，使英国的射电天文学研究长期处在领先地位。他培养了大批优秀的射电天文学家，这些人才又在射电天文学中做出了大量成果。休伊什发现脉冲星就是其中最有价值的贡献之一。