本週特寫  
   

可見的射電波

二零一八年七月 第四星期

 


今年初,著名當代宇宙學巨匠史提芬‧霍金辭世震驚全球,令人扼腕的消息發報後世界各地均掀起了不同程度的天文熱。而出版社亦捕捉時機重新推出有關霍金的著作,內容由時間與空間、宇宙演化、黑洞等等等等,甚至是其對人生觀看法的書亦紛陳而出,相信各書局以及今年的香港書展仍會持續這股熱潮。而這些書的封面通常都印著耀眼奪目的天體影像,它們有的公整對稱,有的像煙霧一樣五彩幻爛,你又有否想過究竟這些相片是如何得到的呢?

相信首先在各位腦海裏閃現的答案會是天文望遠鏡,但其實天文望遠鏡亦可分為太空望遠鏡(space based telescope)與地面望遠鏡(ground based telescope)。讀者可能會問為何要有兩種不同的望遠鏡呢?那就要先從光的本質開始說了。光(可見光)之所以有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫是因爲光有不同的波長,因此簡單來說每一種顔色就代表一種波長,而光除了以上所述的波長外,還有人類眼球細胞不能辨認的光波(不可見光),分别有無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線以及伽碼射線。而我們人類之所以能看到事物,是因為有可見波長的光線從物件的表面映射入眼球內的感光細胞中,最後腦部便整合出完整的物件了。由於地球大氣層隔絕了來自宇宙天體的紅外線、紫外線、X射線以及伽碼射線,因此建造太空望遠鏡的其中一個重要目的就是為了觀測這些波段。而地面望遠鏡除了觀測可見光外,天文學家亦會利用射電望遠鏡來觀測來自宇宙的無線電波和微波。



不同光波在光譜上的位置(圖片來源HKU Physics)


波恩100米直徑射電望遠鏡


而今次想同大家分享的是位於德國波恩(Bonn)近郊的馬克斯普朗克電波天文研究所(The Max Planck Institute for Radio Astronomy)內,一支直徑100米的射電天文望遠鏡(Radio Telescope Effelsberg)。它曾是世上最大型的可移動射電望遠鏡,1972年建成的它讓我們能窺探肉眼看不到的另一層宇宙。

它的外型與平常安裝在大廈的鑊型接收器差不多,只體積大許多倍而已。這台望遠鏡的圓周外圍與中心部分有點不一,設計者為它的圓周部份建築成網狀用於透風,目的是為了減低風力對望遠鏡造成的震蕩。稱為射電望遠鏡當然是用作觀察從宇宙放射過來的射電波,有些人可能會抱有一個疑問——為何它看似鑊的型態也能看到東西呢?其實,像鑊的那個東西只是個為了使更多射電波能被收集的反射器,而真正接收射電波的是為於鑊底的接收機。因為射電波的穿透力低,遇到障礙物便會反射,而白色拋物線狀的表面(上稱”鑊”)有助令更多的射電波反射到接收器中。因此,望遠鏡就能看到較暗的物體了。

這台望遠鏡的主要目的是為了觀察脈衝星和星系間的低温氣體。它曾與置於離地面約35萬公里的俄羅斯太空望遠鏡Spektr-R以干涉儀(interferometer)的方法來分析一個9億光年外的活躍星系核心(蝎虎座BL)。若我們從地球看這個星系時,核心的大小就只有4,650萬份之1個滿月那麽大。那天筆者有幸入到控制室去參觀,看看工作人員如何控制這巨型天文望遠鏡。控制室內全是顯示屏,有的表示着未來一個月內每天甚至是每小時要做的觀測計劃之方位座標,有的顯示着望遠鏡正在和世界各地哪些天文台進行分析,亦有些在顯示着周邊的天氣監察。更令我好奇的是釘在樓頂有一幅世界地圖,那幅像是打仗戰略的地圖,其實是一個標示着這望遠鏡最近正與哪些天文台進行干涉儀觀察合作。這確實是一個令人大開眼界的地方呢!大家有機會到德國的話也可到波恩馬克斯普朗克電波天文研究所走走,必定有所收獲!



控制室的180°全景圖


更多閱讀:
Close-up of active galactic nucleus  https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2012/5
HKU射電天文學 http://www.physics.hku.hk/~astro/hkusrt/radio_astro.html
小型射電望遠鏡 http://www.hokoon.edu.hk/weeklysp/1407_4.html
射電望遠鏡 http://www.hokoon.edu.hk/weeklysp/0707_1.html

陳宇君
暑期實習生

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