中科大天文學(xué)史課件18射電天文學(xué)的崛起和六十年代四大天文發(fā)現(xiàn)

第十八講射電天文學(xué)的崛起和六十年代四大天文發(fā)現(xiàn)一、射電天文學(xué)的誕生二、銀河系結(jié)構(gòu)的射電探測三、20世紀(jì)60年代的四大天文發(fā)現(xiàn)四、射電天文學(xué)的新進(jìn)展一、射電天文學(xué)的誕生

1．央斯基的發(fā)現(xiàn)

1931－1932年期間捷裔美籍無線電工程師央斯基(K.G.Jansky,1905—1950)在貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作。他用長30.5米、高3.66米的旋轉(zhuǎn)天線陣檢測無線電通訊的各種干擾因素。探測到一種來源不明的穩(wěn)定的天電噪聲。

1935年確認(rèn)這是來自銀河系中心的射電輻射。央斯基（1905—1950）

央斯基和他的首臺射電望遠(yuǎn)鏡天線

2．雷伯的經(jīng)典式射電望遠(yuǎn)鏡

1937年美國無線電工程師雷伯(G.Reber,1911—)建造了9.45米口徑的拋物面天線，這是第一臺經(jīng)典式射電望遠(yuǎn)鏡。

1940年確認(rèn)央斯基的發(fā)現(xiàn)，并繪出了對應(yīng)于銀心的射電源的等強(qiáng)度線。論文發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》。雷伯和他的射電望遠(yuǎn)鏡射電望遠(yuǎn)鏡工作原理圖雷伯所得的首張銀河系射電圖（1939）雷伯繪制的對于銀心的射電源的等強(qiáng)度線

由于央斯基和雷伯的開創(chuàng)性工作，射電天文學(xué)誕生。這是天文學(xué)發(fā)展史上又一次新的飛躍，使得人類能夠接收來自宇宙的無線電波段的信號，極大地?cái)U(kuò)展和深化了人類認(rèn)識宇宙的視野。從此，許多前所未有的發(fā)現(xiàn)接踵而來。英國的口徑76米澳大利亞的口徑64米

射電望遠(yuǎn)鏡（1955）射電望遠(yuǎn)鏡（1955）北京天文臺密云觀測站的射電望遠(yuǎn)鏡射電干涉儀英國劍橋大學(xué)的復(fù)合射電干涉儀太陽射電圖

（1970.3.6.)(1970.3.8.)二、銀河系結(jié)構(gòu)的射電探測

1．21厘米微波輻射的理論預(yù)言

1944年荷蘭天文學(xué)家范特胡斯特(H.C.vandeHulst,1918—)從理論上預(yù)言太空中的中性氫區(qū)發(fā)射波長為21．2厘米的微波輻射。

2．21厘米微波輻射的探測

1951年美國的尤恩(H.I.Ewen)和珀塞爾(E.M.Purcell)首次觀測到來自銀河系的21厘米譜線訊號。接著荷蘭的穆勒（C.A.Muller）和奧爾特(J.H.Oort,1900—)以及澳大利亞的克里斯琴森(W.N.Christiansen,1913—)等也觀測到了。

1958年荷蘭和澳大利亞的天文學(xué)家聯(lián)合探測，繪制了銀河系中性氫分布圖。清楚地顯示了銀河系具有旋渦結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了幾條旋臂。銀河系旋渦結(jié)構(gòu)的射電復(fù)合圖三、20世紀(jì)60年代的四大天文發(fā)現(xiàn)

1．類星體的發(fā)現(xiàn)

1960年美國天文學(xué)家馬修斯(T.A.Matthews)和桑德奇(A.R.Sandage,1926—)等發(fā)現(xiàn)射電源3C48對應(yīng)的光學(xué)像類似于一顆恒星，其光譜有一些奇怪的發(fā)射線。后來發(fā)現(xiàn)它的主要發(fā)射線實(shí)際上是紅移量達(dá)0.367的氫線。第一個被證認(rèn)的類星體3C2732．微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)

1964年7月至1965年4月美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的彭齊亞斯和R.W.威爾遜改進(jìn)了巨型號角式天線。在波長7.35厘米的微波段進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)于3.5±1K的剩余噪聲，噪聲是各向同性的，而且沒有季節(jié)性變化。

1965年下半年普林斯頓大學(xué)物理教授迪克(R.H.Dicke)領(lǐng)導(dǎo)的小組在3.2厘米波長處也觀測到了3K微波背景輻射。

1978年彭齊亞斯和威爾遜獲諾貝爾物理學(xué)獎。彭齊亞斯和威爾遜和他們的號角狀天線3．射電脈沖星的發(fā)現(xiàn)

1967年7月在英國天文學(xué)家休伊什(A.Hewish,1924—)的主持下，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室建成了一架時間分辨率很高的射電望遠(yuǎn)鏡。工作波長3.7米，天線是2048個的偶極子的天線陣，占地面積18212平方米。1967年10月貝爾(S.J.Bell,1943—)發(fā)現(xiàn)記錄紙帶上有奇怪的脈沖信號。

1967年11月28日，記錄表明這個位于狐貍座的射電源以1.337秒極精確周期的脈沖形式輻射出射電波。1968年2月發(fā)表論文公布這一重要發(fā)現(xiàn)。這類發(fā)出射電脈沖的射電源稱為射電脈沖星。

1974年休伊什獲諾貝爾物理獎。

1939年美國原子物理學(xué)家奧本海默(J.R.Oppenheimer,1904—1967)預(yù)言并建立了第一個中子星模型。1968年美國天文學(xué)家戈?duì)柕?T.Gold,1920—)指出射電脈沖星的本質(zhì)就是高速自轉(zhuǎn)的中子星。射電脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星４．星際有機(jī)分子的發(fā)現(xiàn)

1963年和1968年12月美國先后發(fā)現(xiàn)星際羥基分子（OH），和星際氨分子（NH3），不久發(fā)現(xiàn)星際水分子（H2O）。

1969年3月美國一個小組用直徑43米的射電望遠(yuǎn)鏡在射電源人馬座A和人馬座B２背景上發(fā)現(xiàn)星際甲醛分子(H2CO）。這是人類發(fā)現(xiàn)的第一個星際有機(jī)分子。之后，又發(fā)現(xiàn)了許多星際有機(jī)分子。星際有機(jī)分子的發(fā)現(xiàn)為宇宙化學(xué)和生命起源的研究揭開新的一頁。

６０年代的四大天文發(fā)現(xiàn)標(biāo)志射電天文學(xué)已經(jīng)成熟。也表明射電天文學(xué)為天文學(xué)開辟了全新的研究領(lǐng)域。四、射電天文學(xué)的新進(jìn)展

1．大口徑射電望遠(yuǎn)鏡

1963年美國建成阿雷西博大型射電望遠(yuǎn)鏡，口徑305米，固定于山谷中。1974年改建，由38774塊鋁板拼成球面。80年代擴(kuò)建為直徑366米。

1971年德國普朗克研究所建成口徑100米的全動拋物面射電望遠(yuǎn)鏡。阿雷西博的世界最大射電天線美國的口徑100米射電望遠(yuǎn)鏡德國的口徑100米全動拋物面射電望遠(yuǎn)鏡（1971）2．甚長基線射電干涉測量

(VeryLongBaselineInterferometery,VLBI)

1965年美國佛羅里達(dá)大學(xué)的一個研究小組首次使用了各自獨(dú)立的磁帶記錄干涉儀，探測木星的射電爆發(fā)區(qū)域，獲得0.1″的分辨率。

當(dāng)前VLBI的分辨率已達(dá)0.0002″。美國的甚大基線陣（VLBA）美國的VLBA局部甚長基線射電干涉測量原理圖3．綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡

20世紀(jì)50年代英國天文學(xué)家賴爾(M.Ryle,1918—)首先提出制造綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想。1963年，他完成了兩天線最大變距為1.6千米的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。它的研制成功使射電源的成像成為可能。這是射電天文技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。1971年賴爾主持制造英國劍橋大學(xué)的“五千米陣”。

賴爾的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡美國的甚大陣（VLA）美國的VLA局部

賴爾榮獲1974年諾貝爾物理學(xué)獎。

當(dāng)前最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是美國的甚大陣(VeryLargeArra