40、射电望远镜：原理、发展与应用

射电望远镜：原理、发展与应用

1. 引言

射电望远镜在天文学研究中扮演着至关重要的角色。了解其历史、设计和使用原理，有助于天文学家选择合适的射电望远镜获取观测信息。本文聚焦于波长范围从约 30GHz（1 cm）到电离层截止频率约 15 MHz（20 m）的射电望远镜，该范围内射电望远镜设计多样。

射电望远镜与传统望远镜外观差异显著，主要分为抛物面或抛物面部分的单块收集器（碟形天线）和由多个分离接收器组成的阵列。碟形天线将辐射集中在焦点处由射电接收器放大，而阵列则通过电子方式组合信号形成图像。

2. 历史

2.1 早期历史

1932 年，美国贝尔电话实验室的 Jansky 意外发现银河系的射电辐射，打开了射电天文学的新窗口。但当时因缺乏理论框架和沟通障碍，这一发现未受重视。直到 1937 年，Reber 建造了第一台直径大于数米的抛物面天线，可在更高频率工作并更易改变频率。

二战期间，雷达技术推动了射电频率技术的快速发展。战后，许多国家开始使用更灵敏的射电设备观测天空，早期发展主要由英国剑桥大学的 Ryle 团队和澳大利亚悉尼 CSIR（后来的 CSIRO）的 Pawsey 团队主导。

2.2 射电望远镜灵敏度的演变

• 科学的指数增长 ：天文学的重要发现往往源于技术创新，科学的正常增长模式是指数增长。射电望远镜灵敏度也呈现指数增长，自 1940 年以来提高了 10⁵ 倍，每 3 年翻一番。
• 利文斯顿曲线 ：粒子加速器的运行能量增长遵循利文斯顿曲线，每种技术在达到