无线电望远镜是怎么诞生的?

人类对于宇宙的探索从未停止,但是我们所熟知的宇宙奥秘的探索往往是以团队的方式进行探索。

然而,历史上有这么一个特别的天文学者,凭借着自己的一腔热情,以个人之力,在妈妈家的后院搭建起特别的装置。并通过数十年的努力,开创一个全新的学科,带领全人类以全新的方式观测宇宙。

宇宙中充满了无数的谜题,等待着人们去探索。伴随着科学的进步,单纯通过一个人力量完成某项特别的发现几乎是不可能的一件事。

从历届诺贝尔物理学奖的获得者情况上看,以个人的力量发现某一原理并夺得该大奖的鲜少。可见在天文观测中,团队的重要性。

然而人类历史上,却有这么一个人,在宇宙探索的路途上,他始终是一个人负重前行。他便是知名天文学者格罗特·雷伯,此外他通过数十年的观测和推理,为人类探测宇宙提供全新的方向,由于其提供方向对人类的观测宇宙具有巨大的贡献。后世特别成立了一门学科,即射电天文学。

一个人的天文学

如果用一个词来形容格罗特·雷伯对宇宙的探索之路,用“一个人”来形容再合适不过。出生于1911年的格罗特,赶上了人类历史上第二次科技革命,无线电被发明并开始逐步普及。

然而命运的使然,让这个爱好无线电的小伙子,与自己心心爱爱的无线电专业失之交臂,转投了电气工程专业。

1933年,年仅21岁的格罗特刚刚迈出了大学的校门,便被一篇关于无线电的论文给深深吸引了。此后,更是疯狂迷恋上了无线电,成为了一名业余的无线电通讯员。

一次偶然的机会,这个喜爱无线电技术的小伙子阅读到了一篇特别的文章,而这篇文章开启了格罗特的天文学之路。

时间回到三年前,即1930年,贝尔电话实验室的一位名叫卡尔·央斯基的工程师,收到一项特别的任务。业务员在执行跨洋无线电传输中,经常从设备中听见一段嘶嘶嘶的噪声。

由于其持续时间长,且噪音大,对于开展无线电传输有着严重的影响。因此话务公司便找到了央斯基,期望他可以解决这一麻烦。

接到任务的央斯基本着认真负责的态度,对这种特殊的噪音来源进行全方位的探寻。并且还在郊外的废弃田地里,搭建了一个百米高天线,并且花费了2年的时间去寻找噪声的来源。

在探寻过程中,央斯基发现这一噪音的来源方向是在不断变化的。

早前,其源于太阳,但随后尽管太阳已经处于地球的背面,但噪音依旧存在。又过了个把月,当地球正对着太阳时,信号的来源似乎又回到了太阳身上。

由于央斯基仅仅是一个无线电方面的工程师,对于天文的了解甚少。

但凭借自己的经验,他清醒的认识到,这段噪音并不是太阳系的产物,很有可能是来自银河系某个恒星、某个黑洞传来的神秘讯息,也有可能是某个外星文明向人类传递友善的信号。

发现了这一特别现象的央斯基,将自己精心观测2年的结论报告给了贝尔实验室的总部。但是并没有得到上层的重视,同时将他派往其他地方,负责新的项目。

而正是高层的忽视,让央斯基及其所在的贝尔电话实验室错过一次绝对改变人类命运的机会。所幸的是,初入社会的格罗特偶然看到了这篇文章,并产生了兴趣,并发誓自己有生之年一定要发现这噪音的来源。

1934年,格罗特决定成为其无线电通讯员的一员,他期待自己可以到央斯基的身边成为他的研究员,与他一同探索这些噪音的来源。

但是命运在这里似乎有格罗特开了一个玩笑,1933年恰逢美国金融危机的爆发,整个市场呈现出一片萧条的景象。这让初入社会的格罗特在工作初期,就遇到了大量人口失业下岗,部分人群生活窘迫,难以为继。

而央斯基所在的公司也同样经历着裁员、精简部门等问题,自己手上并没有合适职位可以提供给这个热情的年轻人,便婉言谢绝。然而央斯基的拒绝,并没有让这个小伙子放弃对无线电的追求。

他先后给了哈佛大学、加州大学等院校及研究部门,投递了简历,但是由于研究领域在当时过于前卫,研究机构以研究内容不明,特别是研究内容归属学科不明为理由,拒绝了雷伯。

屡屡碰壁的雷伯,为了谋生,只能选择屈居于芝加哥的一家无线电企业,为该企业提供相关的配件服务。雷伯很清楚,自己从事这一职业,只有微薄的薪水,勉强糊口。和自己期待中的研究生活相差甚远。

但是,眼下这或许是最合适的选择。在这个时间中,一方面通过工作获取薪水,雷伯默默的为自己的梦想而努力着。

另一方面,他也在不断的充实自己,加深对无线电方面的了解,努力提升自己的研究水平。

两年之后,雷伯离开了工作,回到了自己的故乡。他决定凭借自己一人之力,去寻找来自太空中的声音。

自1937年开始,雷伯便开始着手相关设备的搭建,寻找噪音的来源方向。

在经历了数次失败之后,1938年初春,在芝加哥还未走出冬季的料峭时,雷伯在160MHz的无线电接收频段,收听到了一段这来自宇宙的声音。

他的发现证明了,央斯基此前关于噪音来源为宇宙太空的推理是正确的,同时也证明了无线电在观测宇宙中的运用是完全可行的。

凭借着一己之力,雷伯开创了人类观测宇宙的新纪元。而他所设计的观测仪器,也成为了未来射电望远镜的原型。

射电天文学

和很多天文学不一样的是,该学科的创建中,格罗特·雷伯可以说是完全凭借一己之力构建完成的。

在上个世纪的30年代末,无线电刚刚兴起,很多天文学家对于这种全新的发现并不感冒,他们期待以光学天文学的角度去观测这个浩瀚的宇宙。

为了实现这一目的,科学家们疯狂的打造口径更大,质量更加上乘的光学望远镜。

对于最初雷伯的设想和猜测,他们觉得是天方夜谭,根本不可能。

甚至有一位来自芝加哥大学的知名教授,狂妄的表示,如果恒星会说话,他非常乐意听听他们说了什么,说完就将雷伯礼貌的请出办公室。

恒星真的有声音吗?这个答案从今天的研究来说不言而明。事实上,这与光的特性有关,爱因斯坦1905年便已经指出了光具有波粒二象性。而其中的波与我们所认识的无线电讯号的波属于同一类。

有意思的是,大部分的仪器设备只能看到特定频段的波长。而雷伯所提出的观测方法,是对全宇宙中的所有波长和波段进行观测,最后通过仪器将这些电磁波进行分析,解密,进而构建出发出电磁波物体的模样。

这种超前的想法,便是今天射电天文学研究的基础和内容。作为天文学的一个分支,其主要依靠的是电磁波的频谱和无线电的频率对天体进行研究。

通过无线电,人们不仅可以观测太阳系,也可以观测银河系乃至更多系外天体。

射电天文学的起源于19世纪,当时的人们便认为太阳可能会发出无线电信号,但是受限于技术水平,没能接收。

直到20世纪的30年代,央斯基偶然的发现来自银河系的系外无线电讯号,在格罗特·雷伯的一段研究和探索之下,成功的接收到了一串来自银河系的无线电讯号。

1940年,在经历了两年左右的反复探索后,雷伯发表了第一篇天文学论文,论文中附带了人类历史上第一幅银河系射频图。随后,根据无线电的讯号,雷伯发现了位于天鹅座A*的一个射电天体,后经过研究探测后发现,该天体为属银河系中心的超大黑洞之一。

此外,雷伯还发现了太阳系外最亮的射电源,即后世所熟知的仙后座A*。几十年后,借助于哈勃望远镜,人们发现,该星座之所以爆发出如此强烈的射电源,其是一次壮美的超新星爆炸后的遗骸。

如此种种的发现,进一步的确认了通过无线电观测宇宙的可行性,相关的发现也呈现出爆发式上涨的态势。

然而,天文学界对于雷伯的发现并不在意,甚至在学界鲜少人知道,有一位无线电狂热的爱好者,正凭借一人之力,打造工具,观测宇宙。

二战末期,伴随着美军进入战局,如何观测敌军的战机,提早准备,成为了指挥官们头疼的问题。然而,凭借着雷伯所发明的装置,人们可以轻松的捕捉到敌机的信息。此后,他的发现才被后人所熟知,这便是我们所熟悉的雷达。

战后,为了进一步探索宇宙,美国兴建了大量的射电望远镜,其原理和形态和那个摆放在雷伯家后院的如同锅一般的装置几近一样。

目前,世界上最大的射电天文望远镜为我国的天眼。至此,射电天文学同红外天文学、可见光天文学等诸多天文学学科,共同推动着人类宇宙探索之路。

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