前言人类自从诞生以来，就一直深深迷恋着深邃的星空，仿佛这个世界的一切奥秘都能从星空里寻到答案。1609年，伽利略制造了世界上第一台天文望远镜，人类对宇宙的观测从此迈上了一个新的台阶。随着技术的进步，天文望远镜又慢慢分化成了很多不同的分支：光学望远镜、射电望远镜、X射线望远镜、伽玛射线望远镜，等等。 光学望远镜是传统光学天文学的主要观测仪器，研究天体发出的光波部分；射电望远镜则是射电天文学的主要观测仪器，研究天体发出的电磁波频谱部分。与光学望远镜不同，射电望远镜可以在白天使用，也可以在夜间使用。 由于行星、恒星、星云和星系等天文射电源离我们非常遥远，来自它们的射电波非常微弱，所以射电望远镜需要非常大的天线来收集足够的射电能量来研究它们，同时还需要非常灵敏的接收设备。也正因为如此，射电望远镜往往“以大为美”。 射电望远镜的形态也各不相同，有抛物面的、球面的、带状的，甚至还有将大量射电镜连起来组成的阵列。本期《人类工程的奇迹》，就将带大家探寻全球10大射电望远镜，一起领略人类的科技之美、天文之美。 第10名：熊湖RT-64（俄罗斯） 熊湖RT-64射电天文望远镜位于俄罗斯莫斯科附近的熊湖射电天文台（BLRAS），它是一个直径64米的碟形射电望远镜，由莫斯科电力工程学院特别研究局于1979年架设，1983年投入使用。它有一个准抛物线轴向对称的格雷戈里镜系统，有直径6米的副反射器和多波段馈电喇叭系统。碟内装有通过程序化的副反射镜运动来补偿重力变形的系统。 它是俄罗斯深空跟踪网的一部分，该网络控制着俄罗斯所有火星和金星计划的深空任务，并接收来自这些航天器的遥测信息（即接收带有金星表面全景的信号），参与VEGA项目中金星大气动力学气球的差分VLBI测量。 第9名：帕克斯（澳大利亚） 帕克斯射电望远镜位于澳大利亚新南威尔士州帕克斯镇以北的帕克斯天文台，是一个直径64米的活动碟式望远镜，是南半球第二大望远镜，也是世界上最早的大型活动碟式望远镜之一。帕克斯射电望远镜是用于接收 '阿波罗11号'登月直播电视图像的几根射电天线之一。几十年来，它的科学贡献使澳大利亚广播公司在运行50年后将其描述为'澳大利亚有史以来最成功的科学仪器'。 1961年完工的帕克斯射电望远镜是联邦科学与工业研究组织辐射物理学实验室主任E.G. Taffy Bowen的杰作。在第二次世界大战期间，他曾在美国从事雷达开发工作，并与美国科学界建立了联系。这个老男孩利用自己的人脉，说服了两个慈善组织——卡内基公司和洛克菲勒基金会——资助了望远镜一半的费用。正是由于来自慈善机构的关键财政支持，老男孩又成功说服了澳大利亚总理罗伯特-孟席斯，同意资助项目的剩余部分。 2020年8月10日，帕克斯天文台被列入澳大利亚国家遗产名录。 第8名：天马（中国） 天马射电望远镜是中国科学院与上海市合作的重大项目。项目的总体目标是建设一台孔径65米的全向移动射电望远镜。该项目于2008年10月底获批，于2009年12月29日奠基，2010年3月19日开工建设，到2012年10月28日竣工，共历时4年。在涉及天线系统、接收系统、主动移动系统、终端系统、台站控制、时频系统等各个阶段都很好地完成了任务。此外，试验站的建设和天文实验观测也按项目计划完成。 天马高70米，重约2700吨，是目前我国口径最大、频率范围最宽的全向移动式高性能射电望远镜。它的工作波长从7毫米到21厘米，分8个部分，覆盖了射电天文观测的整个厘米和长毫米范围。 第7名：洛弗尔（英国） 洛弗尔射电望远镜位于英格兰西北部的乔德雷尔·班克天文台。在1957年建成时，它是世界上最大的可转向盘射电望远镜，直径达76.2米。 2006年9月，洛弗尔射电望远镜在BBC寻找英国最伟大的'无名地标'在线竞赛中获胜，2007年是该望远镜诞生50周年。 如果空气足够晴朗，从曼彻斯特的高层建筑，以及更远的宾夕法尼亚半岛、兰开夏郡的冬山、斯诺登尼亚、柴郡的比斯顿城堡等地都可以看到洛弗尔射电望远镜。 第6名：埃菲尔斯伯格（德国） 埃菲尔斯伯格是位于德国波恩附近的射电望远镜，其抛物面直径100米。29年来，埃菲尔斯伯格射电望远镜一直是地球上最大的完全可转向射电望远镜，2000年，它被美国绿岸天文台的绿岸望远镜所超越。 埃菲尔斯伯格于1968年至1971年建造，1972年8月1日落成。建造直径为100米的射电望远镜的一个主要技术难点是，如何处理镜面旋转指向不同方向时因重力而产生的变形。埃菲尔斯伯格望远镜使用了一种新颖的计算机设计的镜面支撑结构，这种结构的变形方式使变形后的镜面将始终呈现抛物线形状。 第5名：绿岸（美国） 位于美国西弗吉尼亚州绿岸的绿岸射电天文望远镜（GBT）是世界上最大的可完全转向射电望远镜。绿岸射电天文望远镜拥有100米×110米的椭圆收集区域，无阻塞的孔径以及良好的表面精度，使得整个望远镜在0.1-116 GHz工作范围内具备超强的灵敏度。 绿岸是可完全转向的，探测到当地天球85%的区域。它每年用于天文学的时间约为6500小时，其中每年有2000-3000小时用于高频科学。绿岸的科学优势在于它的灵活性和易用性，可以对新的科学理念做出快速反应。 绿岸于2001年开始正常的科学运作，它是在一台倒塌望远镜的基础之上建造的，这台90.44米的抛物面望远镜于1961年10月开始观测，却在1988年11月15日倒塌。 第4名：阿雷西博（波多黎各） 阿雷西博望远镜是一座305米的球面反射射电望远镜，位于波多黎各阿雷西博附近的阿雷西博天文台的一个天坑中。碟形天线上方150米处安装了一个钢缆固定的可转向接收器和几个发射信号的雷达发射器。阿雷西博望远镜于1963年11月完工，在53年的时间里，它一直是世界上最大的单孔望远镜，直到2016年7月被中国贵州的天眼超越。 阿雷西博望远镜主要用于射电天文学、大气科学和雷达天文学的研究，以及搜索地外智慧（SETI）的项目。美国宇航局还将该望远镜用于近地天体探测计划。该天文台主要由美国国家科学基金会（NSF）资助，并得到了NASA的部分支持。 阿雷西博在2017年被飓风破坏，在2019年和2020年受到地震的影响，在2020年出现两次钢缆断裂，部分反射盘损坏。深思熟虑后，NSF会于2020年11月19日宣布，该望远镜将退役并拆除，射电望远镜和激光雷达设施仍在运行。然而阿雷西博并没能撑到退役，2020年12月1日，剩余的几根钢缆发生了严重故障，支撑结构、天线和穹顶组件于全部落入反射盘。 第3名：RATAN-600（俄罗斯） RATAN-600是俄语“科学院射电望远镜-600”的缩写，是位于俄罗斯卡拉恰伊-切尔克斯共和国泽连丘克斯卡亚的一台射电望远镜，于1974年建成，海拔970米。它由直径576米的矩形射电反射器和一组二级反射器和接收器组成。 RATAN-600拥有895个2×7.4米的反射器，每一个都可以分别调整角度，将射入的无线电波反射到中央锥形二级反射镜上，或反射到五个抛物线圆柱体中的一个。每个二级反射镜都有一个仪器舱，里面有各种接收机和仪器。总体效果是一个部分可转向的天线，当使用中央锥形接收器时，其最大分辨力相当于一个直径近600米的碟形天线，使其成为世界上最大直径的个人射电望远镜。 第2名：天眼（中国） 天眼是一座位于贵州平塘县大窝凼洼地的射电望远镜，它有一个直径500米的碟形天线，建在天然的洼地中。天眼是目前世界上最大的填充口径（即全口径均有反射面的）射电望远镜，还是仅次于俄罗斯RATAN-600环状射电望远镜的世界第二大的单一口径射电望远镜。 其实，“五百米口径球面射电望远镜”才是它的官方名称，不过最为百姓所熟知的是它的绰号“天眼”。很少有人知道的是，它有一个霸气十足的英文名“FAST”，翻译过来也很简单，就一个字“快”。 天眼的设计很新颖，利用4500块面板组成的活动面，实时形成一个移动的抛物线金属面板，装有馈电天线的舱室用电缆悬挂在天线盘上方，可以利用绞盘自动移动，引导仪器接收不同方向的信号。它的观测波长为10厘米至4.3米。 天眼于2011年开始建设，于2016年9月观测到第一道光。经过三年的测试和调试，最终于2020年1月11日宣布全面运行。天眼在2017年8月首次发现距离地球16000光年和4100光年的两颗脉冲星，到2018年9月，FAST已经发现了44颗新脉冲星。 第1名：甚大天线阵（美国） 甚大天线阵（VLA）是一个厘米波长的射电天文学观测站，位于新墨西哥州中部的圣奥古斯丁平原，海拔高度2120米。VLA隶属于美国国家射电天文台（NRAO），于1981年建成。其实VLA是英文“Very Large Array”的缩写，直译过来就是“非常大的阵列”，美国人起名字还真有点简单粗暴呢。 VLA由28台25米射电望远镜组成，呈Y形阵列部署，并拥有作为干涉仪运行的所有设备、仪器和计算能力。每台巨大的望远镜都安装在双平行的铁轨上，因此阵列的半径和密度可以进行变换，以调整其角度分辨率和表面亮度灵敏度之间的平衡。 天文学家利用VLA对年轻恒星周围的黑洞和原行星盘做出了关键观测，发现了磁丝并追踪了银河系中心复杂的气体运动，探测了宇宙的宇宙学参数，并提供了有关产生射电发射的物理机制的新知识。 |
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