受到卡尔·詹斯基的启发，格罗特·雷伯（Grote Reber）在伊利诺伊州自己的后院里建造了一架射电望远镜。这架将近10米长的望远镜于1937年完成，并用来观测天空中的无线电波。通过观测所得到的数据，格罗特·雷伯绘制了第一幅射电天图（radio sky）[2]。
射电望远镜收听到的宇宙电波
可见光因其波长较短，我们眼睛虽小，却能看见它们。但是无线电波波长很长，就不是我们的眼睛能看见的了，它需要“大大的眼睛”才能看见。一般的望远镜最多几十厘米长，而射电望远镜则要大的多。西佛吉尼亚的绿岸望远镜（Green Bank Telescope）有90多米长（图3）。而位于波多黎各的阿雷西博望远镜（AreciboTelescope）则长达300米。（编者注：2016年夏天，我国完成了500米口径的球面射电望远镜的主体工程，它的接收面积有30个足球场那么大。它位于贵州，是世界上最大的单口径射电望远镜。）虽然射电望远镜看起来像卫星电视接收器，但其工作原理跟普通望远镜一样。
图3. 虽然绿岸望远镜看起来不像普通的望远镜，但它接收无线电波信号的原理与普通望远镜接收可见光的原理一样。它们能够将人类肉眼不可见的无线电波，转换成图片和数据，供科学家分析。来源：NRAO
使用普通望远镜的时候，我们把它对准要看的物体，从所观察的物体反射的光线能够通过一个个的反射镜片和透镜，最后进入我们的眼睛里。
当天文学家把一架射电望远镜对准太空中的物体时，物体的无线电波到达望远镜的表面。射电望远镜的表面可以是有很多小洞的网状金属层，也可以是铝制实体金属层，它像镜子一样把无线电波反射到第二面“无线电波镜子”上，再反射到“接收器”中。接收器像照相机一样，把无线电波转换成图片信号，能够显示所接受到的无线电波的强度以及来源。
与可见光不同，天文学家通过无线电波，可以看到完全不同的景象。比如，太空中恒星形成的地方有很多尘埃，这些尘埃阻挡了可见光的传送，因此整片区域看起来一片黑暗。而使用射电望远镜观察时，就可以“看破红尘”，发现正诞生的新星。
恒星在气体组成的巨大云朵里诞生。一开始，气体聚集到一起凝结成块，由于重力原因，越来越多的气体附着到结块上，使它体积变得越来愈大，温度越来越高。当它的体积和温度达到一定程度，氢原子开始聚变成较大的氦原子。最后变为一颗真正的恒星。射电望远镜就可以给这些新生的恒星拍张写真照[3]。
而且，射电望远镜还能够用来观察地球附近的恒星。我们所见的日光来自高达5000摄氏度的太阳表面，再往外，温度可达5万多度。通过射电望远镜，我们可以观察这些发送无线电波的温度更高的区域。
太阳系的行星发送的无线电信号不尽相同。射电望远镜可以让我们观察到围绕在天王星和海王星周围的气体，以及这些气体的活动。木星的南北两极能够发送无线电信号。如果我们往水星发送无线电信号，然后通过射电望远镜观察反射回来的信号，就可以给水星绘制一幅像“谷歌地球”一样清晰的地图了[4]。
当观察更加遥远的太空时，射电望远镜可以探测到宇宙中意想不到的东东。大多数星系的中心地带都有巨大的黑洞，由很多物质挤在狭小的空间形成，产生巨大的引力，大到没有什么东西可以从黑洞中逃逸，光也会陷在里面。黑洞能够吞噬恒星、尘埃以及周围的所有物体。当倒霉的物体被黑洞的巨大引力所俘获，它先是在黑洞周围打转，并呈螺旋下降，离黑洞越来越近，下降速度也越来越快。黑洞的上下空间里，有着巨大的电磁辐射的射线喷射流，以及到达不了黑洞的物质（图4）。射电望远镜能够向我们展示这样的图景。
图4. 星系中的黑洞向外“发射”的射线喷射流，长度甚至超过星系的宽度。
宇宙中如黑洞这样质量大的结构能够让时空扭曲。就像把一个很重的保龄球放到弹床上，弹床会向下凹陷。下陷的区域如同放大镜一样，能把经过此地的来自遥远星系的无线电波放大。这样一来，望远镜观察到的遥远星系所呈现出的图像变得更大也更亮。
射电望远镜还有助于解决宇宙的终极难题：什么是暗物质？宇宙时时刻刻都在不停的膨胀，而且膨胀的速度在加快，因为“暗物质”与重力引力相反，它不是把物质拉到一起，而是极力将它们推开。那么暗物质的能量到底有多强大呢？射电望远镜可以通过观测太空某些区域产生的超脉泽（mega-maser），来帮助科学界解答这个问题[5]。超脉泽就好比激光，只是它发射的是无线电波，而不是可见的红绿光。如果能弄清不同超脉泽之间的距离，就可以推算出不同的星系的距离，那么据此就可以推算出这些星系不断远离地球的速度。
天文学家的全套“工具箱”
可见，如果我们只有接收可见光的望远镜，就会错过宇宙中发生的很多故事，如同只有听诊器的医生只能检查病人的心跳，但在X射线仪器、B超仪器、核磁共振仪器以及CT扫描仪的武装下，医生就可以对病人进行更加全面的检测。天文学家也一样，他们不但要利用射电望远镜，还要运用其他不同类型的望远镜，包括紫外、红外、X射线，以及伽马射线望远镜。有了这些利器，天文学家就能绘制更为详尽的宇宙画像。
参考文献：
[1] Jansky, K. G. 1993. Radio waves from outside the solar system. Nature 32, 66. doi: 10.1038/132066a0
[2] Reber, G. 1944. Cosmic static. Astrophys. J. 100, 297. doi: 10.1086/144668
[3]
McKee, C. F., and Ostriker, E. 2007. Theory of star formation.Annu.
Rev. Astron. Astrophys. 45, 565–687.
doi:10.1146/annurev.astro.45.051806.110602
[4] Ostro, S. J. 1993. Planetary radar astronomy. Rev. Mod. Phys. 65, 1235–79. doi: 10.1103/RevModPhys.65.1235
[5]
Henkel, C., Braatz, J. A., Reid, M. J., Condon, J. J., Lo, K.Y.,
Impellizzeri, C. M. V., et al. 2012. Cosmology and the Hubble constant:
on the megamaser cosmology project (MCP). IAU Symp. 287, 301.
doi:10.1017/S1743921312007223
Frontiers for Young Minds青少年评审：
美国西佛尼吉亚州绿岸中小学的6年级学生：
我们是美国西佛尼吉亚州绿岸中小学的6年级学生，年龄在11-12周岁。我们这一级今年只有一个班，23名同学，而且大部分从幼儿园开始就互相认识了。一位天文观测站的科学家来过我们班两次，她向我们讲述了关于太空的故事，我们非常喜欢。我们也喜欢上数学课，喜欢讨论有关科学的话题。这次，我们很高兴，因为英文／语言艺术老师陶曼太太和科学老师史密斯小姐答应帮助我们评审这篇稿件。课余时间，我们喜欢玩各种体育活动，比如打猎、钓鱼、滑板、篮球、橄榄球、足球、棒球和垒球。跟朋友们打电动、聊聊天也是很惬意的事情。
赛先生青少年评审：
黎大可（18岁，高三学生，来自天津市第102中学）
简介： 从小立志当科学家
点评：
乍一看到这个题目，“射电望远镜”，正是我感兴趣的话题。近年来，我国先后在上海和贵州建成了直径亚洲第一、世界第一的两座射电望远镜，举国骄傲，举世瞩目，更坚定了我要成为一名科学家的理想。
这篇文章十分有趣，它深入浅出地介绍了射电望远镜的起源、功能、作用，形象生动地引出了光子、波长、频率等基础知识，又饶有趣味地对射电望远镜的前世今生、探测原理、使命责任等进行了梳理。借给了我们这双“射电望远镜”之慧眼，让我们明明白白仔仔细细地了解人类今天是怎么“仰观宇宙之大、俯察品类之盛”的。
当然，特别值得一提的是，中国已在北京、上海、新疆、云南、贵州等地建成了6台射电望远镜，他们可不是单打独斗的。他们强强联合，组成了一个更加厉害的测量网，来探索宇宙更多的奥秘，为全人类的进步贡献出中国的力量，这必将成为我们中国新一代青年的责任！
本文译自Frontiers for Young Minds网站。
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