射電天文學的先驅——綠岸天文台的前世今生_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：雷豐圖

校對：牧夫天文校對組

編排：雷豐圖

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

 原文鏈接：

https://www.space.com/green-bank-observatory.html

位於美國西弗吉尼亞州阿利根尼山脈上的綠岸天文台擁有8台望遠鏡，其中包括世界上最大的可操控射電望遠鏡——羅伯特·C·伯德望遠鏡（GBT）。自從1959年綠岸天文台建造了第一台直徑26米的望遠鏡開始，它一直都處於射電天文領域的前沿。

GBT坐落於國家無線電寧靜區內（約為34000平方公里的區域）。為了減少對望遠鏡的影響，這裏所有的無線電信號都被嚴格管制。因而旁邊的綠岸小鎮常年被稱作全美最安靜的城市。在這裏手機、區域網路由器，甚至微波爐都是明令禁止。這樣，天文學家們才能得到準確的，不受人們現代生活幹擾的電磁波譜。

綠岸天文台就在這34000平方公里的國家無線電寧靜區中心（NRQZ）

Image Credit：National Geographics

上世紀五十年代中期，由於資金短缺美國的射電天文學在世界上處於不利地位。建造如此規模的建築，以及保養天文台所需的費用比任何機構都要燒錢。幸好，國家科學基金會注意到了射電學界的科研需求，並於1957年在綠岸市一個隱蔽的三角形山谷裏建造了美國第一個國家射電天文台——現在的綠岸天文台。

國家射電天文台式綠岸天文台的前身。

Image Credit：GBT

從1958年望遠鏡竣工開始，國家射電天文台迅速地收穫了一大批新發現。例如1959年哈佛博士生佛蘭克·德雷克所發現的木星周圍由一圈強輻射帶環繞。

木星的輻射分佈圖，顏色區域內有大量質子、電子，和離子環繞。同樣，地球也有一個相似的、但強度較弱的輻射帶——範艾倫輻射帶。

Image Credit: NASA

1965年，天文台內的直徑43米望遠鏡完工，目前它依然是全世界最大的自帶赤道儀的望遠鏡。這種望遠鏡可以避免地球自轉的影響，並在持續變化的天空中追隨指定的天體。

原理於普通赤道儀一致。

Image Credit：Telescope Clinic

1969年，這台自帶赤道儀的望遠鏡發現了首個存在於星際中的複雜有機分子：甲醛。這一化學物質的發現意味着即使我們從未觀測到地外生命，但生命的“配方”隨處可見。國家射電天文台聲稱，該望遠鏡已經發現了近半數的釋放釐米級電磁波波長的分子。

現在的綠岸天文台的地標是直徑100米的GBT。8000平方米的採集面積使得GBT能夠捕捉到宇宙中最細微的低吟，並通過這些信號來分析宇宙中最古老、最不可思議的現象。整個設備重約7700噸，高達148米，比自由女神像還要高。

直徑長達100米的GBT。

Image Credit: NRAO/AUI/NSF

GBT由國家科學基金會投資建造，整個過程共花費了9500萬美金，並於2001年投入使用。望遠鏡鏡面由數以萬計的，能夠自我調節的面板組成。如此大的鏡面所受的重力影響是巨大的，每隔一段時間，鏡面都會因為重力而向下塌陷一些。這時，所有面板就會隨着引擎調整自己的位置，從而將整個鏡面維持在完全平滑的位置上，誤差不超過五個頭髮絲！！！！這樣的精準度使得望遠鏡的能在2.6毫米到3米的波長下維持超高的敏感度。

國家科學基金會在綠岸天文台的負責人總結道：“GBT已經給天文學帶來了翻天覆地的變化。比如，最近NANOGrav 團隊使用這台望遠鏡發現了著名的超大質量中子星，這一新發現讓我們更好地瞭解恆星坍縮到中子星還是黑洞的邊界。”

另一位綠岸天文台的負責人洛克曼同時提到了GBT發現的兩顆脈衝星。他將這些發現歸功於望遠鏡的獨特設計以及在天文前沿領域的無比能力。

洛克曼介紹：“當初設計望遠鏡時，很多目前的天文學課題甚至還未誕生。它是最靈巧的設計和最優秀環境的結合體。即便現在科學發展極其迅速，它仍有無限的可能和未來。

天文台的未來發展方向之一便是迴歸它建造時的初衷——尋找地外智慧生命。由億萬富翁尤里·米爾納斥資一億美金的突破聆聽項目是迄今為止最大的搜尋地外文明的計劃，而GBT在該計劃裏起到了不可替代的作用。就在2019年，突破聆聽公佈了100萬GB的觀測數據。儘管目前還沒找到智慧文明的跡象，但這僅僅是探索路上的一個小小里程，未來存在無限可能。

『天文時刻』 牧夫出品

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藝術家所繪的天苑四星系概念圖。包含了由隕石合冰粒所構成的小行星帶，以及天苑四-b氣態巨星（右下角）。

Image Credit：NASA/SOFIA/Lynette Cook