上部 说史 二十 射电望远镜的新纪元
人类的历史终于跨入了20世纪80年代,对于那些奋战在寻找外星人第一线的科学家们来说,真的是一个好时代来临了。
我们现在已经很清楚,寻找外星人的武器是射电望远镜,而兵器谱排名第一的就是阿雷西博射电望远镜。可是这种超大型的射电望远镜却有几个缺点:第一,它不能转动朝向,这样就局限了它在天空中的搜寻范围;第二,它同一时间只能接收一个频率的无线电波,无法同时“监听”多个频率,这样就大大降低了工作效率;第三,由于建造地点和施工难度限制,哪怕有足够的钱,也很难建更大的望远镜。
而人类通过20年的筹划、设计、攻关、建设,终于在1980年攻克了这些难题。在美国新墨西哥州的荒原上,27座巨大的射电天文望远镜排列成一个Y字形的阵列,这个Y字的每一划都有20千米长,各有9座射电望远镜平均分布在每一划上,如果你走路数的话,走一上午才能数完其中的一划。这个阵列的规模相当于一个可以容纳几十万人口的中等城市,蔚为壮观。这就是世界上著名的美国“甚大望远镜阵列(VLA)”,让我们来一睹它的尊容:
图1-20 位于美国新墨西哥州荒原上的甚大望远镜阵列
我们在本书引子中提到的那部科幻电影《超时空接触》中的女主角就是在这个地方接收到了来自织女星系的外星人电波。
不过,说起“甚大望远镜阵列”这个名称,我就想笑。“VLA”就是“Very Large Array(好大的一堆)”的简写,不知道为什么,天文学家们给射电望远镜取名字特别不动脑子,类似的还有“VLT(Very Large Telescope)”,还有“E-ELT”,即“European Extremely Large Telescope(欧洲特别特别大的望远镜)”,等等。
射电望远镜的灵敏度由总的接收面积决定,也就是说我们可以把一座座单独的射电望远镜通过某种技术串联起来,使得总接收面积增大,以达到和扩大单口径同样的效果。下面让我们用圆的面积公式来做一个简单的计算,我们来比较一下甚大阵和阿雷西博哪个接收面积更大一点。
阿雷西博的口径是305米,接收面积约为29.2万平方米。
甚大阵由27座口径25米的射电望远镜组成,接收面积约为5.3万平方米。
看来,如此蔚为壮观的一个中等城市规模大小的望远镜阵列仍然不能把阿雷西博从兵器谱第一的位置上给挤下来,阿雷西博的接收面积仍然是甚大阵的将近6倍。但是从发展的角度来看,阿雷西博显然是无法笑到最后的,甚大阵毕竟是人类建成并测试成功的第一个射电望远镜阵列,数量还不算太多。但是阵列的这个方法一旦搞成,那么接收面积超过阿雷西博就仅仅是时间问题了,只要不断增加单座望远镜的数量,就能以量制胜。
我们再做一个简单的计算就可以算出,只要将25米口径的射电望远镜的数量增加到148个,甚大阵就能达到和阿雷西博相同的接收面积。
幸运的是,我们这个地球上最富有的几个人中有一个是个天文迷,他就是和比尔·盖茨一起创立了微软公司的保罗·艾伦。艾伦一掷千金,捐了几千万美元,决定在加州的克拉克高原上建一个超大型的射电望远镜阵列,这就是今天全世界最大的射电望远镜阵列,以保罗·艾伦名字命名的“艾伦望远镜阵列”,到今天为止也还没有全部建成,全部建成后将足足有350口大锅,密密麻麻地分布在天空下,它可以对银河系中的10亿颗恒星进行扫描,将大大提高发现外星文明信号的可能性。
中国的FAST射电望远镜建成后的口径是500米,相当于400台25米单口径的射电望远镜,比艾伦望远镜阵列仍然要胜出一筹。
图1-21 艾伦射电望远镜阵列(ATA)
美国于2007年底正式启用了艾伦望远镜阵列,它最重要的任务就是全天候监听地外文明的无线电信号。但即便是艾伦望远镜阵列这样的规模在天文学家眼里还是太小太小,而且艾伦就算再有钱,作为个人来说,资金量还是有限,真正要建设足够大的射电望远镜阵列还得是国家行为才行。注意,中国要再次露脸:由中国、澳大利亚、法国、德国、意大利等20多个国家共同投资筹划建造的、全世界最大的射电望远镜阵列——“平方公里阵列(SKA)”项目已经正式启动。这次全球的科学家们野心勃勃,他们计划建造3000台射电望远镜,把它们串起来的光缆可以绕地球两圈。目前正在选址中,要么建在南非,要么建在澳大利亚,预计在2030年可以投入使用,我们应该还能等得到。
图1-22 平方公里阵列SKA概念图
这个阵列一旦建成,它的接收面积将相当于一个1400米口径的超级射电望远镜,那可是相当于6.2平方千米的面积啊,可以在里面建设30个鸟巢体育场。有了这个庞大的家伙,我们应该能听到来自宇宙最深处的呼唤。