引言
射電天文學源于1933年，當時一位名叫卡爾·詹斯基的工程師碰巧發覺，無線電波除了來自我們的發明，也來自太空中的自然物質。從那時起，天文學家們建造了越來越好的望遠鏡來找尋這種宇宙無線電波，了解它們從哪兒來，能告訴我們關于宇宙的更多信息。
盡管科學家可以通過普通望遠鏡觀測到的可見光學到好多東西，而且她們可以通過射電望遠鏡觀測到不同的物體和風波——例如黑洞、恒星的產生、行星的誕生過程、垂死的星體以及更多的風波。射電望遠鏡可以觀測到不同種類的波——從無線電波到可見光波再到伽瑪射線——這些望遠鏡比任何一種望遠鏡都能更全面地描畫宇宙。
無線電波除了來自我們的發明，也來自太空中的自然物質
當你抬頭凝望夜空時，你會看見明亮的星光。假如你搬去一個遠離城市的黑暗地方，你可以聽到成千上萬的星河。并且你聽到的單獨的點都是附近的星體。在我們的星體中，還有大概1000億顆星體，我們稱之為銀河系。
在銀河系之外，天文學家覺得還存在大概1000億個星體(每位星體都有自己的1000億顆星體)。幾乎所有那些星體都是肉眼看不見的，由于肉眼看不到來自遙遠星體的微弱光線。你的耳朵也會錯過其他東西。你耳朵所能見到的可見光只是天文學家所說的“電磁波譜”的一小部份。
可見光是由中等能量的光子構成的。能量較高的光子有紫外線幅射、x射線和伽瑪射線(伽瑪射線的能量最大)。能量較小的光子是紅外線和無線電波(無線電波的能量最小)。所有存在的不同光波的范圍。電磁光譜還包括伽瑪射線、x射線、紫外線、紅外線、微波和無線電波。
中國的射電望遠鏡
由于人類的耳朵只能聽到可見光，所以我們必須建造特殊的望遠鏡來捕捉其余的“光譜”——然后把它們轉換成我們能看見的圖片和圖形。
哪些是無線電波？
光是由被稱為“光子輕微”的微小粒子組成的，這些微小粒子被稱為光子，它們以波的方式傳播。
可見光中的光子具有中等的能量。當光子有多一點的能量，它們都會弄成紫外線，你看不到，并且它會讓你凍傷。假如能量超過這個值，光子都會弄成x射線，直接穿過你的身體。假如光子擁有更多的能量，它們都會弄成伽瑪射線，當它們爆燃時，伽瑪射線都會從星體中發射下來。
美國帕克斯射電望遠鏡
并且當光子的能量比可見光的光子少一點時，它們就被稱為紅外線。你可以覺得到它們的熱量。最后，我們稱能量最小的光子為“無線電波”無線電波來自太空中的一些奇怪的地方——最冷最古老的地方，而擁有最多物質的星體被塞入了一個簡陋的空間。無線電波告訴我們，假如我們只用鼻子或望遠鏡看見可見光子，我們甚至不會曉得宇宙的個別部份存在。
波長和頻度
射電天文學家借助這種射電光子來了解不可見的宇宙。光子以波的方式傳播，如同坐過山車一樣，只是一遍又一遍地使用同樣的兩個軌道。光子波的大小——波長是光子所經過的波長的大小。告訴你它的能量。
右圖顯示了具有兩種不同波長的波。假如波是長的，它就沒有多少能量;假如波是短的，它就有好多能量。無線電波沒有多少能量，這意味著它們在短波長的大波中傳播。無線電波的半徑可以達到幾百公尺，也可以只有幾分米。
光子以波傳播。每位波的寬度稱為波長
天文學家還討論了每秒有多少這樣的波經過一個點——無線電波的“頻率”——每秒經過一個點的光波的數目。你可以通過想像一池水來思索頻度。假如你把一塊石頭掉進水里，海面上都會閃過漣漪。假如你站在水里，浪會打到你的肩膀。一秒鐘內步入你體內的波的數目告訴你波的頻度。每秒一個波稱作赫茲。1赫茲，意思是一個波在一秒鐘內經過一個點。一兆赫意味著每秒有一百萬個波經過。每秒一百萬波就是1mhz。假如波長很長，每秒擊中你的波數都會降低，所以短波的頻度都會變小。無線電波的波長長，頻度小。
無線電的先驅
第一個射電天文學家并非有意成為第一個射電天文學家。1933年，一個名叫卡爾·詹斯基的人正在為貝爾實驗室做一個項目，這個實驗室坐落溫哥華州，以發明電話的亞歷山大·格拉漢姆·貝爾命名。那兒的工程師們正在開發第一個可以跨越大西洋的電話系統。當人們第一次嘗試在這個系統上打電話時，她們在三天中的特定時間看到了嘎吱聲。
貝爾實驗室覺得噪聲對生意不利，所以她們派卡爾·詹斯基去找出噪聲的誘因。他很快注意到，這些嘎吱聲源于銀河系中部升起的時侯，總算落下的時侯(天空中的一切都像太陽和月亮一樣升起和落下)。他發覺來自銀河系中心的無線電波攪亂了電話聯接，引起了嘎吱聲。他和他的手機偵測到了來自太空的無線電波。詹斯基打開了一個新的、看不見的宇宙。
你可以在右圖中見到卡爾·詹斯基拿來偵測來自太空的無線電波的天線圖片。
射電天文學的創始人卡爾·詹斯基和他所建造的天線
深受詹斯基研究的啟發，一個名叫格羅特·雷伯的人在蒙牛諾斯州的后院建造了一個射電望遠鏡。1937年，他完成了半徑31公尺的望遠鏡，并用它來觀察整個天空，瞧瞧無線電波是從那里來的。之后，按照他從射電望遠鏡搜集到的數據電磁波的發現，他勾畫了第一張“射電天空”的地圖。
射電望遠鏡科普
你能看見可見光，是由于可見光光子以小波的方式傳播，但是你的雙眼很小。并且由于無線電波很大，你的雙眼須要很大能夠偵測到它們。因而，普通望遠鏡的半徑只有幾英寸或公尺，而射電望遠鏡則要大得多。西維吉尼亞州的綠岸望遠鏡長度超過300公尺，如右圖所示。
圖示：雖然此處所示的“綠色建行望遠鏡”這樣的儀器可能看上去不像傳統的望遠鏡，但它們的工作方法大致相同，但它們測量的是無線電波而不是可見光。之后，她們將人眼看不到的這些無線電波弄成科學家可以解釋的圖片和圖表。
坐落澳大利亞叢林中的阿雷西博望遠鏡幾乎有1000公尺寬。它們看上去像巨大版本的衛星電視天線，但它們的工作原理卻像普通的望遠鏡。
要使用普通的望遠鏡，你須要把它指向太空中的一個物體。從這個物體發出的光線會照射到一個穿衣鏡或則鏡頭上，穿衣鏡或則鏡頭會把光線反射到另一個穿衣鏡或則鏡頭上，之后穿衣鏡或則鏡頭又會把光線反射到你的耳朵或則單反上。
當日文學家將射電望遠鏡對準太空中的某物時，來自太空的無線電波會擊中望遠鏡的表面。表面可能是有孔的金屬，稱作網狀結構，或則像鋁一樣的固體金屬，它的作用如同是無線電波的穿衣鏡。它把它們反射到第二個“射電鏡”，之后被反射成天文學家所說的“接收器”射電望遠鏡的一部份，接收射電波并將其轉換成圖象。接收器和照像機一樣:它把無線電波轉換成圖象。這張圖片顯示了無線電波的硬度以及它們從天空的那里來。
無線電視覺
當日文學家找尋無線電波時電磁波的發現，她們看見的物體和風波與她們找尋可見光時聽到的不同。在我們的耳朵或普通望遠鏡看來是黑暗的地方，在無線電波中發出明亮的光芒。諸如，星體產生的地方飽含了塵埃。這種污垢抵擋了光線抵達我們這兒，所以整個區域看上去好似一團藍色的東西。并且當日文學家把射電望遠鏡轉向哪個點時，她們可以透過塵埃見到:她們可以看見一顆星體誕生了。
當日文學家把射電望遠鏡轉向哪個點時，她們可以透過塵埃見到:她們可以看見一顆星體誕生了
星體誕生于太空中巨大的二氧化碳云中。首先，二氧化碳匯聚在一起。之后，因為重力的作用，越來越多的二氧化碳被吸引到這個結節中。草叢顯得越來越大，越來越熱。當它足夠大、足夠熱的時侯，它開始將存在的最小的原子氫原子聚合在一起。當氫原子互相碰撞時，她們形成氦，一個稍為大一點的原子。之后，這團二氧化碳成為一顆即將的星體。射電望遠鏡拍攝這種新生星體的相片。
射電望遠鏡也能顯示出近來星體的秘密。我們從太陽看見的光線來自接近太陽表面的地方，大概9000華氏度。并且在地表之上，氣溫達到了10萬華氏度。射電望遠鏡幫助我們更多地了解這種發射無線電波的低溫部份。
我們太陽系的行星也具有無線電特點。射電望遠鏡向我們展示了環繞天王星和海王星的二氧化碳以及它們是怎么運動的。土星的南極和北極在無線電波中發光。假如我們向水星發射無線電波，之后用射電望遠鏡捕捉反射回去的無線電波，我們可以勾畫一幅幾乎和微軟月球一樣好的地圖。
當它們看得更遠時，射電望遠鏡向我們展示了宇宙中一些最奇怪的物體。大多數星體的中心都有超大質量黑洞。黑洞是擁有大量質量的物體擠壓在一個很小的空間里。這些質量給與它們這么大的引力，以至于任何東西，甚至光，都未能逃脫它們的引力。這種黑洞吞噬著星體、氣體和任何靠得太近的東西。當那些不幸的物質感遭到黑洞的引力時，它們首先會繞著黑洞旋轉。隨著它越來越近，速率越來越快。巨大的電磁幅射射流或柱狀物質不能步入黑洞(有時比整個星體還要寬)產生于黑洞的上方和下方。射電望遠鏡顯示了這種噴流的活動。
像這種黑洞這樣的大質量物體扭曲了空間的結構，稱為時空。想像一下把一個很重的兵乓球置于蹦床上。蹦床下垂了。太空中沉重的東西使時空像蹦床一樣塌陷。當來自遙遠星體的無線電波穿過這個凹坑抵達月球時，這個形狀如同月球上的放大鏡星云的形狀:望遠鏡接著能夠看見這個遙遠星體更大、更明亮的圖象。
中心有超大質量黑洞的星體可以射出比銀河系寬更高的物質和幅射束，如同這兒聽到的那樣
射電望遠鏡還有助于解決宇宙中最大的疑點之一:暗能量是哪些?暗能量的作用與引力相反，它將宇宙中的一切推得更遠。宇宙每1秒都在變大。它每秒鐘顯得越來越大，越來越快，由于“暗能量”與引力相反:它不是把所有東西拉在一起，而是把所有東西推得更遠。
然而暗能量究竟有多強呢？射電望遠鏡可以幫助科學家回答這個問題，技巧是觀察“超級天體——一種在太空中發射無線電波的天然激光器，而不是像激光指示器發出的綠光或紅光。”在宇宙的個別地方自然發生，超級激光有點像月球上的激光，但它發出的是無線電波，而不是我們能看見的綠光或紅光。科學家們可以用超級玩家來確定暗能量的細節。假如科學家們就能估算出這種超級黑洞有多遠，她們就可以曉得不同的星體有多遠，之后她們就可以估算出這種星體離我們的速率有多快。
滿滿的工具箱
假如我們只用望遠鏡觀測可見光，我們都會錯過宇宙中大部份的活動。想像一下，假如大夫只有一個聽診器作為工具。她們可以了解好多關于患者脈搏的信息。并且假如她們有一臺x光機、一張超聲波圖、一臺核磁共振儀器和一臺CT掃描儀，她們可以學到更多。有了這種工具，她們可以更全面地了解患者體內發生的情況。天文學家將射電望遠鏡與紫外線、紅外線、光學、x射線和伽瑪射線望遠鏡結合使用的緣由是一樣的:為了得到宇宙中發生的一切的完整圖象。
射電望遠鏡還有助于解決宇宙中好多的懸案
涉及的詞匯
電磁光譜:我們所見到的可見光只是電磁光譜的一小部份，可見光是由中等能量的光子構成的。能量較高的光子有紫外線幅射、x射線和伽瑪射線(伽瑪射線的能量最大)。能量較小的光子是紅外線和無線電波(無線電波的能量最小)。
光子:光是由稱為光子的粒子組成的，它以波的方式傳播。
波長:光子傳播的波的大小。
頻度:1秒內經過一個光斑的光波數。
赫茲:1赫茲意味著一個波在1秒內通過一個點。一兆赫意味著每秒有一百萬個波經過。
接收器:射電望遠鏡中采集無線電波并將其轉換成圖象的部份。
暗能量:暗能量與萬有引力相反，將宇宙中的一切推得更遠。
巨型激光器:空間中發射無線電波的自然激光器，而不是像激光指示器發出的綠光或紅光。