文|小彭的灿烂笔记
编辑|小彭的灿烂笔记
前言
射电望远镜的出现是我们探索宇宙的一次巨大飞跃，这些非凡的仪器以前所未有的方式揭开了宇宙的神秘面纱，揭示了天体和宇宙现象隐藏的秘密，射电天文学的核心在于了解无线电波，这是一种波长比可见光更长的电磁辐射，电磁波谱包含多种波长，从伽马射线和X射线到紫外线、可见光和红外线，以及无线电波。
无线电波的波长从毫米到米不等，因此非常适合研究发射射频辐射或与射频辐射相互作用的天体和现象，射电望远镜旨在探测和研究来自各种天体来源的无线电辐射，这些来源包括恒星、星系、超新星、脉冲星、类星体和宇宙微波背景辐射，后者是宇宙大爆炸的残余物。
天体通过各种机制发射无线电波，包括热辐射、同步辐射和分子线辐射，这些辐射提供了有关天体成分、温度、密度和磁场的宝贵信息，热辐射，温度不为零的天体会发出热辐射，射电望远镜可以探测到这种辐射，使天文学家能够测量恒星、星系和星际气体云的温度。
同步辐射，在磁场中旋转的带电粒子会发出同步辐射，这种辐射普遍存在于各种宇宙现象中，包括活动星系核、脉冲星和超新星残骸，分子线辐射，射电望远镜可以探测到与星际气体云中分子转变相关的特定光谱线，这些谱线揭示了氢气、一氧化碳和水蒸气等分子的存在。
射电天文学的起源可以追溯到20世纪初，当时卡尔-扬斯基（KarlJansky）和格罗特-雷伯（GroteReber）等科学家取得了突破性的发现，扬斯基在1932年探测到来自银河中心的无线电波，标志着射电天文学作为一门学科的诞生。
1937年，自学成才的无线电工程师和业余天文学家格罗特-雷伯在伊利诺伊州惠顿的后院建造了第一台真正意义上的射电望远镜，这个直径为9米的碟形天文望远镜让他绘制了第一幅射电天图，揭示了银河系的射电辐射。
二战期间雷达技术的发展对射电天文学的发展起到了至关重要的作用，科学家和工程师们将战时的雷达设备重新用于制造更先进的射电望远镜。
绿岸望远镜（GBT）于2000年建成，是世界上最具标志性和最强大的射电望远镜之一，它拥有一个直径100米的巨大碟形天线，可在多种射电频率下工作，使天文学家能够研究各种天体。
甚长基线干涉测量法（VLBI）通过将相隔遥远的多个射电望远镜的数据结合起来，彻底改变了射电天文学，这项技术极大地提高了角度分辨率，使天文学家能够绘制遥远射电源的高分辨率图像。
射电望远镜在以射电频率绘制宇宙图谱方面发挥了重要作用，它们提供了星系的详细图像，揭示了星系的结构、恒星形成区以及星系中心的大质量黑洞，射电天文学导致了脉冲星的发现，脉冲星是快速旋转的中子星，会发射射电波束，这些精确的宇宙时钟帮助证实了引力波的存在，并为广义相对论提供了关键性的测试。
射电望远镜在发现宇宙微波背景辐射--大爆炸的残余物--方面发挥了至关重要的作用，对宇宙微波背景辐射的观测为宇宙大爆炸理论提供了强有力的证据，并有助于我们对早期宇宙的理解。
射电天文学扩大了我们对银河系外天体的了解，其中包括类星体，类星体是极其明亮和遥远的活动星系核，这些高能现象会发出强烈的无线电波，射电望远镜对其进行了广泛的研究。
射电望远镜使天文学家能够研究星际空间的复杂化学，它们探测到了太空中的分子转变，揭示了各种分子的存在，并让人们深入了解了新恒星形成的星际云中的条件。
射电天文学使科学家们能够绘制宇宙磁场图，深入了解磁性在宇宙演化中的作用，这些观测结果对星系和星系团的形成和行为具有影响，射电望远镜通过对引力透镜的观测和星系团的研究，在探测暗物质的性质方面也发挥了重要作用，这些观测揭示了宇宙中暗物质的分布。
现代射电望远镜进行大规模的天文巡天，以前所未有的细节绘制射电天空，这些观测发现了新的射电源、瞬变现象和罕见的宇宙事件。
平方公里阵列（SKA），SKA是一个开创性的国际项目，旨在建造世界上最强大的射电望远镜，它将由遍布各大洲的数千个天线组成，提供前所未有的灵敏度和分辨率，SKA将探索广泛的科学问题，从暗能量的性质到寻找地外智慧生物。
超长基线干涉测量（VLBI）技术的不断进步将继续提高射电望远镜的角度分辨率，从而能够对遥远的天体进行更加细致的观测，快速射电暴是一种神秘而短暂的宇宙现象，对它的研究将继续是射电天文学的重点，了解快速射电暴的起源仍然是一个悬而未决的问题。
射电望远镜将在研究高红移宇宙中发挥关键作用，使天文学家能够探测星系形成的早期阶段和大爆炸后不久的状况，对高红移宇宙的研究是天文学中一个引人入胜的基本分支，它能让我们一窥宇宙的早期面貌。
多普勒效应是指当波源相对于观测者运动时，观测到的波的频率（或波长）发生变化的现象，在天文学中，这种效应会使来自空间遥远物体的光向波长较长的方向偏移，从而产生"红移"，当一个物体远离观察者时，它的光会出现"红移"，因为光的波长被拉长并向电磁波谱的红色端移动。
20世纪初，埃德温-哈勃发现了星系的红移，这是天文学的关键时刻，哈勃定律描述了星系的红移与其退行速度之间的关系，表明星系正在从我们身边退去，宇宙正在膨胀，哈勃定律用公式v=H0d表示，其中v代表速度，H0是哈勃常数（衡量当前宇宙膨胀速度的指标），d是与天体的距离。
在宇宙学红移的语境中，"高红移"指的是星系、类星体和其他天体，它们的光线由于宇宙膨胀而发生了显著的红移，这些天体通常与地球相距甚远，因此观测到的天体与宇宙年轻时的天体一样。
高红移观测可以让天文学家回溯过去，见证宇宙的雏形，通过研究高红移下的星系和类星体，科学家可以探索宇宙演化的早期阶段，包括星系的形成和超大质量黑洞的成长，高红移观测为宇宙膨胀提供了进一步的证据，哈勃定律所描述的红移和距离之间的关系再次证实了我们对宇宙动态性质的理解。
高红移观测是对包括大爆炸理论在内的各种宇宙学模型和理论的重要检验，观测到的红移与预测值的一致性支持了宇宙膨胀的框架，对高红移天体的研究与对宇宙微波背景辐射（CMB）的研究密不可分，CMB是宇宙大爆炸的余辉，提供了宇宙只有大约38万年历史时的状态快照。
高红移观测有助于约束早期宇宙的特性，如其温度和密度波动，为了解宇宙演化的初始条件提供了宝贵的信息。
确定天体红移的主要方法之一是光谱分析，天文学家会观测天体的光谱--不同波长的光线是如何分布的，光谱线（如元素或分子的吸收线或发射线）的移动表明了天体的红移。
对于可能没有明确光谱特征的天体，或者当光谱分析具有挑战性时，可以采用测光红移技术，这包括测量天体在多个滤光片或波长下的亮度，并利用这些测量结果来估算其红移。
当星系或星系团等大质量天体的引力弯曲并放大来自更遥远的高红移天体的光线时，就会发生引力透镜现象，这种现象可以让我们观测到一些星系，否则这些星系就会因为太暗而无法被观测到。
莱曼-阿尔法线与氢原子电子从第二能级过渡到第一能级有关，经常被用来探测高红移星系，观测莱曼-阿尔法发射可以发现早期宇宙中存在年轻的恒星形成星系。
结论
射电望远镜照亮了宇宙，揭开了宇宙的秘密，拓展了我们对宇宙的认识，从测绘遥远的星系到发现脉冲星、类星体和宇宙微波背景辐射，射电天文学从多个方面丰富了我们对宇宙的认识，展望未来，随着SKA和下一代VLBI等项目的开展，射电望远镜对科学和人类的影响将不断扩大，有望进一步揭示宇宙的奥秘和我们在其中的位置
参考文献
[1] 五百米口径球面射电望远镜[N]. 詹媛.光明日报,2022-01-25
[2] 非洲首个毫米波射电望远镜即将开建[N]. 刘霞.科技日报,2022-02-10
[3] 非洲将建首座毫米波射电望远镜[N]. 辛雨.中国科学报,2022-02-08