如果外星人真的想和我們聯絡,中國人會第一個知道

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Photo Credit: NASA

我們想讓你知道的是

現在世界上最大的無線電望遠鏡位在中國的貴州省,完工於2016 年。這是一部500公尺口徑球面射電望遠鏡(簡稱FAST),碟片的面積比三十個足球場還大。如果外星人真的想和我們聯絡,中國人會第一個知道。

文:泰森(Neil deGrasse Tyson)

無線電望遠鏡是人類建造的第一種非可見光望遠鏡,是天文台中非常引人矚目的次特殊種類。第一部成功的無線電望遠鏡,是美國工程師顏斯基(Karl G. Jansky)在1929年到1930年間建造的。這部望遠鏡看起來像無人牧場裡的可移動灑水系統;用交叉木架固定住一系列的高大長方形金屬框,然後整個結構再架在以福特T型車備胎輪為轉輪的可旋轉平台上。顏斯基調整這百餘公尺長的玩意兒,讓它量測大約15公尺的波長,對應的頻率為20.5百萬赫【註】。

顏斯基為貝爾實驗室工作,建造這套設備是要研究地球無線電波源產生的嘶聲,因為它們可能汙染地球的無線電通信。顏斯基的這項工作很酷似三十五年後,貝爾實驗室指派給潘佳斯和威爾森尋找微波雜訊的工作,這兩人因此意外的發現了宇宙微波背景。

顏斯基用這套拼拼湊湊的設備,在兩年期間仔細追蹤和記錄靜態的嘶嘶聲,發現它們除了會來自當地的雷暴系統和其他已知的地球輻射源,也會來自我們銀河系的中心。銀河中心所在的區域,每23小時56分就會旋入這部望遠鏡的視野裡;這正好是從太空見到的地球自轉週期,也是銀河中心在地球天空中回到相同方位和仰角所需要的時間。顏斯基把觀測結果寫成論文發表,標題為〈來自地外輻射的電磁干擾〉。

這項觀測也標誌了無線電天文學的誕生,只不過顏斯基無緣再參與。貝爾實驗室給了他新任務,致使他無法再追求他一手開創的新局。

不過數年後,住在美國伊利諾州惠頓市的雷伯(Grote Reber),在自家後院建造了一部10公尺口徑的金屬碟面無線電望遠鏡。他不是因為受雇於任何人,而是自發在1938年證實了顏斯基的發現,更在接下來的五年當中,製作了數幅低解析度的無線電天空圖。

以現在的標準來看,雷伯前所未見的望遠鏡既小又粗糙。現代的無線電望遠鏡是全然不同的東西,在不受後院的限制下,它們有時可以長成龐然大物。座落在英國曼徹斯特附近的卓瑞爾河岸天文台,在1957年開始利用MK1進行觀測,而MK1擁有可操控76公尺口徑鋼製單碟面,是地球第一座真正的大型無線電望遠鏡。在MK1開始觀測的兩個月後,蘇聯發射旅伴號衛星,而卓瑞爾河岸天文台的天線碟正好可以追蹤這顆軌道小衛星,這使它成了現今深空探測網的先驅,深空探測網是用來追蹤行星際太空的探測器。

現在世界上最大的無線電望遠鏡位在中國的貴州省,完工於2016年。這是一部500公尺口徑球面射電望遠鏡(簡稱FAST),碟片的面積比三十個足球場還大。如果外星人真的想和我們聯絡,中國人會第一個知道。

干涉儀也算是另一種無線電望遠鏡。它由在鄉間排列成陣、彼此以電子網路連結的多座相同天線碟組成,這些天線碟聯合起來,可以產生超高解像力的無線電輻射源影像。遠在速食業流行超級餐之前,超級望遠鏡早就是天文界不成文的座右銘,無線電干涉儀更是其中自一格的超大型設備。

範例之一為在美國新墨西哥州索科羅沙漠平原的特大天線陣(VLA),它由27座分布在35公里長鐵軌上的25公尺口徑碟面組成。這座天線陣看來真像是宇宙飛來之物,因此多次成為電影背景畫面,包括1984年的「威震太陽神」、1997年的「接觸未來」及2007年的「變形金剛」。此外還有全世界無線電望遠鏡中最高解像力的特長基線陣(VLBA),它的基線長達8,000公里,從夏威夷綿延到維京群島,由10座25公尺天線碟組成。

微波波段的觀察對干涉儀來說是相對新的任務,但我們有在智利北部遙遠安地斯山上的阿塔卡瑪大型毫米波陣列(ALMA)來進行這項任務。ALMA涵蓋的波段從1 毫米到數公分,給了天文物理學家無法在其他波段得到的天文現象高解析影像,例如恆星誕生氣體雲發生塌縮,形成恆星育嬰室時的結構。ALMA之所以座落在地球上最乾旱之地,標高4,800公尺的高原上,是為了避開地球潮溼的雲層。水雖然有利於食物烹飪,但對天文物理學家卻是嫌惡之物,因為水會吸收來自銀河及後方宇宙的太初微波訊號。

水和微波關係緊密,因為水是食物最常見的成分,微波加熱食物主要是在加熱水。可想而知,水會吸收微波。因此如果你要得到清晰的天體影像,必須像ALMA那樣,想辦法減少望遠鏡與宇宙之間的水蒸氣含量。

相關書摘 ▶我們是星塵轉變成的生物,宇宙賦予我們能力去了解它

註釋

所有的波都遵守很簡單的方程式:速率=頻率×波長。速率固定時,增加波長會造成頻率下降,反之亦然,如此兩波長與頻率的乘積才能保持定值。這個方程式適用於所有的行進波,包括光波、聲波和體育競賽場上觀眾跳波浪舞時舞出的波。

書籍介紹

本文摘錄自《宇宙必修課:給大忙人的天文物理學入門攻略》,天下文化出版
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作者:泰森(Neil deGrasse Tyson)
譯者:蘇漢宗

  • 《紐約時報》暢銷總榜第一名
  • 全球知名宇宙學網紅泰森,為忙碌的你開講宇宙必修課!
  • 把天文知識化整為零,去除艱澀計算,沒有難懂圖表。

全世界大概沒有幾個人能像泰森一樣,能把宇宙天文講得扣人心弦又引人入勝。你可能沒有時間看長篇大論,泰森的這堂必修課輕薄短小,攜帶方便,你在捷運上翻一下,喝咖啡的時候讀一點。每天花上兩三分鐘,就能快速吸收夠用的天文知識,不再被暗物質、暗能量弄得昏天暗地,不再遭大霹靂、重力波震得頭昏眼花。

宇宙必修課
Photo Credit: 天下文化

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航


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