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认识宇宙②贝尔实验室的宇宙发现

来源:光明网2018-07-06 10:42

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    大家好,我是国家天文台的苟利军。上次我们讲到伽利略将望远镜指向天空,开启了人类探索宇宙的第一次热潮。

认识宇宙②贝尔实验室的宇宙发现

    伽利略最早使用的望远镜口径只有2.6厘米。此后,磨镜水平和制造工艺的不断改进和提升,更大口径的望远镜不断涌现出来。到上个世纪20年代,美国就已经制造出了2.5米口径的通用型望远镜,成为当时世界上最大口径的望远镜。美国的天文学家哈勃就是利用此望远镜,测量了仙女座大星云的距离,从而确认了仙女座星云,它的位置是在银河系之外,结束了长久以来的,有关宇宙大小的争论,证实了宇宙是由众多星系构成的。

    而在几年之后,哈勃更进一步,用同样的望远镜发现了宇宙正在膨胀,其它星系都在离我们远去,这一观测事实成为宇宙大爆炸理论的重要证据之一。哈勃因为这些发现而成名,成为上个世纪最伟大的科学家之一。1990年,美国发射了一个2.4米口径的空间光学望远镜,此望远镜就是以他的名字命名。时至今日,哈勃望远镜已经成功运行28年,依旧是人类进行宇宙探索的利器。

    伽利略之后的数百年间,光学望远镜几乎是人们观测宇宙的唯一主要工具。然而在上个世纪30年代初,美国贝尔实验室的工程师卡尔·央斯基,在检查洲际电话传输信号的噪声源时,利用一个大型的定向无线电天线,发现了来自于银河系中心的射电辐射,这是人类首次发现来自于宇宙天体源的射电信号。尽管射电和光学都是位于电磁波频谱之上,然而它却反映了完全不同的宇宙图景。贝尔实验室的这次偶然发现,为人类打开了一扇新的宇宙观测窗口。

    在此,对于贝尔实验室值得一提的是,虽说它是一个实验室,但它有着辉煌的历史。因为不同的科学贡献,曾经有8个人被授予诺贝尔奖,其中就包括在60年代又是偶然发现的微波背景辐射,那个在宇宙诞生之后38万年时所产生的高能辐射遗迹。(这个背景辐射)随着宇宙的膨胀,辐射波长被逐渐拉长,到现在已经变到了微波波段。这个发现也成为大爆炸宇宙学的另外一个直接证据。

    在央斯基之后,受央斯基发现结果的鼓舞,1937年,美国的一个无线电爱好者雷伯(Grote Reber),尝试制造出了一个9米大小的抛物面形的射电望远镜,这是历史上第一个锅形天线。他利用此望远镜,不仅验证了央斯基的发现,还利用此望远镜进行了巡天测观,发现了一些其它的射电天体。他的这一举动被认为是射电天学的文开始。

    之后不久,第二次世界大战开始,因为雷达探测技术的军事需要,无线电探测技术得到极大发展,这些技术对于二战之后的射电天文学发展起到了非常大的作用。战争结束之后,在制造更大型射电望远镜的同时,天文学家也开始认真地利用射电设备对天体进行研究。终于在20世纪60年代,迎来了射电天文学发现的黄金时代,脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子等被相继发现,因为它们对于后来的天文研究有着极其重要的作用,这些观测也被大家称为60年代的四大发现。

    好了,今天我们就暂时讲到这里,我们下期再见。

    讲述人简介:苟利军,国家天文台研究员,黑洞及其高能爆发现象研究团组负责人。中国科学院大学教授、北京市天文学会副理事长。2012 年入选中共中央组织部青年千人计划,2016年获得中国侨界个人贡献奖。

    本期编辑:小怪兽

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