寂静如夜为什么射电天文学不听天空

在1997年的电影《接触》中，埃莉·阿罗威(EllieArroway)是一位年轻的射电天文学家，由朱迪·福斯特(JodieFoster)饰演。Ellie的任务是发现外星生命，在超大阵列拍摄的一个著名场景中，她坐在天文台的边缘，用天线盘作为背景收听天空的无线电声音。

这是一个精彩的电影时刻，突出了艾莉孤独地寻找真相，并且已经变得如此具有标志性，以至于VLA的许多参观者都会在收音机前拍摄自己戴着耳机的“那张照片”。但尽管场景充满诗意，但它是好莱坞的魔法，而不是硬科学。Ellie的耳机和电脑发出的无线电信号会干扰天文台的敏感设备，射电天文学家不会收听天空。

射电天文学家听到天体的想法可能是射电天文学中最大的误解。在某种程度上这是可以理解的。人们一直都在收听广播，所以射电天文学家肯定也必须这样做。但我们在收音机中听到的声音并不是收音机本身的声音。它们由电信号转换而来。声波需要空气等介质才能传播，而且由于空间本质上是真空的，所以声音无法在空间中传播。如果天文学家真的倾听天空的声音，他们只会听到寂静。

收音机是光的一种形式。它就像可见光，但波长更长。可见光具有原子级的波长，而无线电光的波长范围从大约铅笔芯的厚度到超过公共汽车的长度。

由于射电波长在人类范围内，因此射电天文学的技术通常与光学天文学的技术大不相同。有广泛的相似之处。光学天文学和射电天文学都使用反射表面将光聚焦到探测器或接收器上，然后探测器或接收器将光转换为数字信号。然后天文学家可以使用这个数字信号来创建天文图像。但是由于无线电波长比可见波长长得多，我们必须以不同的方式实现这一壮举。

一个关键因素是反射器的尺寸。一般来说，反光镜或反光镜越大，可以聚焦的光线就越多，图像也就越锐利明亮。这就是为什么最好的光学望远镜都有直径几米的镜子。但是反射器的尺寸必须与波长成比例。由于无线电波比可见波长数千倍，因此射电望远镜的镜子需要比曼哈顿大。那不是我们可以构建的东西，因此我们创建了一系列较小的盘子。每个天线盘就像一块更大的镜子。然后，天文学家可以通过组合来自较小碟形天线阵列的数据来模拟全市范围的碟形天线。

另一个因素是无线电光通常比可见光微弱得多，并且有很多东西可以产生无线电光。这意味着需要保护射电望远镜免受日常物品的影响，例如手机和发射无线电光的计算机设备。天线接收器也必须非常冷。室温下的物体会发出大量微弱的无线电光，这会影响观测数据的准确性，因此射电望远镜的接收器和其他电子设备必须过冷才能将无线电光转换为数字信号。

当然，天文学家一旦有了数据，就可以随时将这些数据转换成声音。这是最著名的脉冲星，其中来自中子星的电能量爆发被转换为可听见的流行音乐。天文学家还转换了木星湍流极光或遥远星云的哀号等现象。这些声音可以让我们与宇宙建立情感联系，但就像“接触”中的场景一样，它们只是对我们捕获的无线电光的诗意解释。