射电天文与无线电

孙建民 贵州省无线电监测站

射电天文与无线电

孙建民 贵州省无线电监测站

射电天文学（Radio Astronomy）是通过接收来自宇宙的无线电波，进行天文学研究的一门科学，是天文学的一个分支学科。它是以无线电接收技术为手段，观测的对象几乎涉及所有的天体。射电天文是无线电业务的一个大类，从它的英文名称就能知道，射电的英文与无线电的英文单词都是“Radio”。

与历史悠久的天文学相比，射电天文学是一门年轻的学科，它诞生于二十世纪三十年代初，美国贝尔电话公司的工程师卡尔•央斯基（Karl Jansky）在做短波无线电通信实验时，发现了来自银河系中心的人马座方向的无线电波，从此掀开了人类利用无线电波进行天文学研究的序幕。

第二次世界大战以后，一些雷达科技人员将雷达技术应用于射电天文，射电天文研究得以较快地发展。二十世纪六十年代的天文学四大发现：类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射都是通过射电天文的手段获得的。与传统的光学望远镜不同，射电天文望远镜具有很多优势：可以不分昼夜进行观测；无线电波可以穿透大气层，因此射电天文观测也不受天气的影响；射电天文望远镜还可以深入到光学望远镜看不到的宇宙深处，探索被尘埃遮蔽的广阔未知空间。

图中展示了光学望远镜和射电天文望远镜观测的银河图像，相比光学望远镜，射电天文望远镜可观测到更多的天文现象。从上到下依次是408MHz射电连续谱，21cm中性氢，2.4～2.7GHz射电连续谱和光学观测到的银河图像。

不同的电磁频谱看到的银河图像 图片由国家天文台提供

射电天文观测需要大口径的天线和高灵敏度的接收机。大口径的天线可以通过增大单面天线的口径和多面天线组成综合孔径天线阵来实现。目前世界上最大的单口径射电天文望远镜是位于我国贵州省平塘县的500米口径球面射电天文望远镜（FAST），于2016年9月25日建成，从FAST望远镜的提出到建成历时22年，FAST望远镜具有我国自主知识产权，可以在宇宙形成、脉冲星观测、地外生命探索等多个方面开展科学研究，是我国重点推进的大科学项目。

射电天文望远镜接收宇宙极其微弱的无线电波，在80多年的发展中，全世界的射电天文望远镜所收集的无线电能量不足以翻动一页书。天文学家希望在整个无线电电磁频谱上进行天文学观测，但在无线电通信技术飞速发展的今天却是相当困难的，天文学家甚至发出了在无线电电磁环境受到污染之前，让人类再看一眼宇宙的呼吁。

射电天文望远镜容易受到人类无线电波的干扰，主要的干扰源有：

1.按照无线电波的传播特性，低于40MHz的无线电发射不论位于世界的任何地方，都会对射电天文产生影响。

2.来自航空、航天飞行器和人造地球卫星的无线电发射和它们反射地面的无线电波形成的干扰，在某种程度上已成为干扰射电天文的难题，而且在整个地球都存在，通过更改台址和地方管理部门保护的方法都不能避免这类干扰。

3.在射电天文台址附近，不在射电望远镜工作频段内发射的无线电台和工科医设备的电磁辐射，由于对电磁环境的背景噪声作出了贡献，也会对射电天文观测造成不利影响。

为保护射电天文望远镜的正常观测，通常采取以下办法减少无线电干扰对射电天文的影响：

1.在射电望远镜选址时，预选站址的电磁环境是需要首先考虑的重要条件。选择远离繁华城市，地理位置比较偏僻，电磁干扰比较小，电磁背景比较低的地方建设射电天文望远镜。

2.在射电天文台址附近规划射电宁静区，不允许在射电宁静区内建设无线电台站及有电磁辐射的工、科、医设施。为保护FAST望远镜，贵州省于2013年出台了《贵州省500米口径射电天文望远镜宁静区保护办法》，划定了30千米范围的射电宁静区，保护FAST正常工作。

3.在进行频率规划和指配时，在射电天文台视距范围内绝对不允许指配与射电天文共用的频率；不在射电天文台视距范围内的与射电天文共用频段的频率指配要谨慎，要进行电磁兼容性计算，并通过实验评估对附近射电天文业务的影响。

4.在射电天文台附近减小其他不必要发射，在保障通信能力的情况下，尽量使附近的发射机降低发射功率。特别要注意高功率、高海拔的无线电发射对射电天文业务的影响。

500米口径球面射电天文望远镜（FAST）——贵州平塘 摄影 孙建民