射电天文学的研究始于1933年，缘于工程师卡尔·詹斯基（Karl Jansky）的一个偶然发现：除了人类发明的电器可以发出无线电波，宇宙本身自然就能产生无线电波。于是天文学家开始不断改进天文望远镜的技术以探寻宇宙无线电波的来源，并试着解开宇宙的奥秘。普通可见光望远镜的用处很多，而借助无线电波的望远镜，科学家能够探测到不同的宇宙事件——比如黑洞、恒星的诞生与湮灭、行星的形成以及更多类似信息。因此，运用不同的天文望远镜，我们可以观测到不同的“波”，从无线电波到可见光再到伽马射线，最终帮助我们绘制更加完整的宇宙图景。
“给少年的科学前沿”系列（10）
作者：Sarah Scoles （美国科学记者）
原文编辑：Kathryn Elizabeth Williamson （美国国家射电天文台）
翻译：木東
编辑/校对：李娟
赛先生“中小学生评审”黎大可为本文撰写了点评。
小黑板 电磁光谱：可见光只占电磁光谱的很小一部分，其光子能量中等。光子能量更高的有紫外线、X射线以及伽马射线（伽马射线光子能量最强）。光子能量比可见光弱的有红外线和无线电波（无线电波能量最弱）。 光子：组成光的粒子，以波的形式进行传播。 波长：光子传播过程中波的长度。 频率：一秒钟内穿过某特定点的光波次数。 赫兹：1赫兹是指一秒钟在某点有一次光波通过；1兆赫指一秒钟有1百万次光波通过。 接收器：射电望远镜的组成部分，能够接收无线电信号，并将之转换成图片。 暗物质：与重力引力的作用相反，使宇宙中不同的物质之间相互排斥。 超脉泽：太空中一种自然产生的“激光”，不过发射的是无线电波，而不像我们通常使用的激光笔发射出的红的或者绿的光束。 |
一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星。你一定喜欢夏日郊外的夜晚，凉风徐徐，繁星点点。其实，你肉眼所能区分的单个星星，离地球都比较近，太阳系当中有超过一千亿颗这样的星星，汇聚成长长的银河。你能想象吗？在银河之外，更遥远的地方，有大约一千亿个星系存在，每一个星系又都由一千亿颗星星汇聚而成，穷尽千里目，你也无法看到那番景象。我们能看见的可见光，只是被天文学家称为“电磁光谱”的一小部分，而电磁光谱还包括伽马射线、X射线、紫外线、红外线，微波以及无线电波等等。因此科学家必须建造特殊的望远镜，来收集这些不可见的“光谱”，并将这些信息转变成直观可见的数据和图片。
什么是无线电波
光是由微小的粒子组成，称为“光子”。可见光光子的能量中等。光子能量稍高的紫外线，虽然不可见，但它却能晒伤皮肤。X射线的能量更强，它可以穿透身体。恒星爆炸时会释放出伽马射线，它的能量最强。低于可见光光子能量的光子构成了红外线。我们看不见红外线，只能感受到它释放出来的热量。
那么，无线电波的能量如何呢？事实上，无线电波的光子能量最低，它来自宇宙中的特别区域——那里最冷、最古老，狭小的空间里挤满了不计其数的物质。在这些肉眼或者普通望远镜永远也不可能感知的地方，无线电波可以告诉我们那里发生的事。
射电天文学家就是利用射电光子来探索不可见的宇宙部分。光子以波的形式传播，就像坐在过山车上向前进，只不过是在上下颠簸不断重复的相同轨道上。不同波长的光子有着不同能量。图1中，两种光子的波长不同，波长越长能量越小，波长越短能量越大。无线电波的能量不大，其传播的波长很长，可能有几十米或者几厘米长不等。
图1. 光子以波的形成传播，每个波的长度称为波长。
每秒钟经过某处的光波的数量就是光波的频率。打个比方，往池塘里扔的石块激起水波四散，如果你站在池塘里，水波会冲撞你的脚踝，而每秒钟冲撞脚踝的水波的次数，就是水波的频率。如果一秒钟有一次波通过，那频率就是1赫兹，一百万次波通过，就是100兆赫。如果水波很长，每秒钟冲撞脚踝的次数就会较少，所以波长越长，频率越小。无线电波的波长很长，它的频率则很小。
射电光波研究的先驱者
第一个发现无线电波的人并不是第一位射电天文学家。1933年，工程师卡尔·詹斯基（Karl Jansky）在新泽西的贝尔实验室工作，这个实验室以电话的发明者亚历山大·格拉汉姆·贝尔命名。当时，工程师在搭建横跨大西洋的电话系统。贝尔实验室的工作人员发现，越洋电话里总是有嘶嘶的背景杂音。这显然会影响电话业务的发展，于是卡尔·詹斯基被派去查找原因并解决这个问题。
卡尔·詹斯基发现电话里噪音的出现时间是有规律的，往往出现在银河系中心地带升起时，而当它沉落后噪音就消失了（如同太阳和月亮，天空的每颗星体都有初升和沉落）。原来，银河系中心有一个很强的射电源，来自这个射电源的无线电波扰乱了电话信号，引起了噪音。卡尔·詹斯基继而通过仪器也检测到了这类无线电波[1]，向我们打开了宇宙中崭新的未知世界。图2就是卡尔·詹斯基用来检测太空中无线电波信号的装置。
图2. 射电天文学奠基者卡尔·詹斯基站在他建造的用来检测太空中无线电波信号的装置前。
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