射电望远镜是单一大口径的好,还是由多个较小口径组成的长基线阵列效果好?

今天在英国的《每日邮报》上看到一个报道,说中国正在贵州建一个世界最大的单一口径射电望远镜,看下面的评论,有美国网友嘲笑说单一大口径是五十年前的人干的事,现在都是建造多个较小口径组成的长基线阵列,例如甚大阵和超长基线阵列等等,单一大口径早已落伍了,不知是不是真的? 如果真是这样,中国为啥不建阵列呢?是真有什么技术难度么? 看甚大阵和超长基线阵列的造价,似乎并不比贵州的射电望远镜贵,可能还要更省一些。不知是不是因为单一大口径有什么小口径阵列不具备的优势?

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2个答案
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Topp天文研究生,摄影爱好者

2015-07-30 15:03

单一大口径的确是美国人50年前干的事——那是因为美国现在单一大口径天线足够多了。你让新视野号的数据从50米的天线传回来试试?

而且中国也不是没有阵列:一个是废弃的密云综合孔径望远镜,一个是在建设中的内蒙的射电日像仪http://mos.bao.ac.cn/ 只不过没这么知名罢了。

单一大口径天线和多天线阵列各有利弊。

多天线阵列优点是分辨率高,望远镜的口径越大,分辨率越高。而天线阵列的分辨率和口径与它基线长度相同的单天线望远镜相同。比如美国的VLA,最长基线长度可达36KM,单天线望远镜打死也做不了这么大。

但是,天线阵列也有致命的缺点:首先就是每次观测都需要巨量的计算进行后期处理,像我们这有人做4台天线的VLBI观测之后,都需要把数据汇总到上海VLBI中心,在那里有专门的超算来处理。而处理的计算量是随着望远镜数量的增加指数上升的,可以想象一下VLA27台望远镜观测的数据需要多少计算量。

其次,虽然天线阵解决了分辨率的问题,但是集光能力并没有增强。口径越大,能接收到的信号越微弱,信噪比越高。相应的时间分辨率越高,像脉冲星的timing观测(这个我也不太明白,看链接吧),就需要很高的时间分辨率将脉冲星每次脉冲分辨出来,这时候就需要大口径望远镜了。像1993年的诺贝尔物理学奖,就是由300米的阿雷西博望远镜观测脉冲双星,得到了引力波存在的证据。这是小口径望远镜没办法做到的。

同理,像深空探测器的数据接收和通信任务,也需要大口径望远镜才能完成。

还有,多个大口径单天线望远镜之间也可以组成VLBI网,与射电阵原理类似,只是望远镜密度没那么高,但是基线就可以长得可怕,也可得到很高分辨率的观测。

最后,中国射电阵做得少的一个原因是我国虽然地大,但是山多人多,想找一片没人,没干扰的平地其实不是很容易。加上我们在综合孔径技术上的确有一些关键技术不过关(比如时钟),而大口径天线又符合目前大力发展航天的需要,所以目前比较侧重于大口径天线了。

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按照我的理解,射电望远镜一是要多,二是要大

大指的是单体的大小,越大的自然越敏感,可以接收到更多信号。

多指的是数量多,所谓干涉测量指的是大量的射电望远镜(不同地点)同时观测某对象,获取的数据经过专门程序处理得到结果。

综上所述,两手抓,两手都要硬。

你以为造阵列的不想要大口径么……只是不方便造罢了

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