“灰常大望遠鏡陣列”服役第四十年：甚大陣的前世和今生_風聞

　　文章來源：https://www.space.com/very-large-array.html

　　翻譯：童牧天

　　校對：王延昕

　　排版：況宇庭

　　小編在多年前第一次看到甚大陣（Very Large Array，簡稱VLA）的英文名時，不由被老美“樸實無華”的命名哲學所折服。直譯過來，VLA便是“非常大的望遠鏡陣列”。當然，熟悉射電天文學，或是忠實的科幻電影愛好者們一定對於“甚大陣”這個元老級望遠鏡無比熟悉。

　　電影《超時空接觸》海報

　　圖源：地外文明探索研究所（SETI Institute）

　　沒錯，甚大陣望遠鏡陣列便是在由卡爾薩根撰寫劇本的科幻電影《超時空接觸》中女主角愛羅薇進行地外文明探索並解讀外星文明信號時使用的望遠鏡。有趣的是，在電影拍攝前，甚大陣並沒有參與地外文明探索計劃。而直到今年2月，也就是投入使用的第40個年頭，SETI真的邀請甚大陣加入地外文明搜索。

　　在《超時空接觸》中，朱迪·福斯特飾演的愛羅薇在VLA前裝模作樣戴着耳機監聽外星訊號。

　　甚大陣望遠鏡坐落於美國新墨西哥州的索科魯附近。該陣列由27個巨大的碟型天線組成，每個大碟的直徑均為25米。俯瞰下，這些望遠鏡呈Y形排列，構成一個最長基線達36公里的巨型望遠鏡，大約相當於北京東五環到西五環的跨度。

　　射電天文學家通過無線電波觀測着宇宙的動向。無線電波位於電磁波譜的左端，波長涵蓋了從大約1毫米到100公里的範圍。研究人員可以利用這些波段的電磁波更好地理解各種各樣的宇宙現象，包括行星、恆星、氣體和塵埃雲，以及星系、脈衝星、甚至黑洞。

　　呈“Y”字型排布的甚大陣

　　圖源：Shutterstock

　　甚大陣望遠鏡的誕生

　　根據負責甚大陣項目的美國國家射電天文台（NRAO）的記錄，從1960年代開始，科學家們就設想了巨大射電望遠鏡陣列的可能性，並嘗試以此種設計彌補單碟望遠鏡觀測的不足。類似於光波的干涉原理，多台射電望遠鏡可以串列工作，而天文學家們可以將它們的數據結合後進行分析，如同使用一台超大口徑望遠鏡一般，其分辨率相當於一台口徑等同於各天線之間的距離那麼大的望遠鏡，而這種技術則被稱為干涉測量。

　　美國國會於1972年8月批准了甚大陣的項目，並在次年開始建設。據新墨西哥州旅遊局介紹，整個建造過程共耗資7800萬美元（相當於今天的4.85億美元），即每位美國納税人大約為甚大陣貢獻了1美元。甚大陣於1980年建成並正式投入使用。

　　甚大陣位於聖奧古斯丁平原（大約在索科魯城西北80公里處）上，四周是一片平坦而空曠的沙漠。美國國家射電天文台表示，由於選址遠離城市且四面環山，而這些山地又剛好是抵禦無線電干擾的絕佳天然屏障，因此聖奧古斯丁平原是像甚大陣這樣射電望遠鏡的理想選址。

　　甚大陣的成功同樣得益於沙漠中乾燥的氣候。無線電波容易被地球大氣中的水分子吸收。因此，在沙漠這樣濕度極低的地方，望遠鏡能夠更加清晰地捕捉到夜空中各波段上的天文事件。

　　雲層下的甚大陣

　　圖源：美國國家射電天文台

　　甚大陣的光輝歲月

　　自成立以來，甚大陣貢獻了數目可觀的科研成果。美國國家射電天文台稱，已經有“超過11,000個不同的觀測項目”使用了甚大陣的觀測數據，並且甚大陣“幾乎對天文學的每個領域都產生了重大影響”。甚大陣帶來的研究成果在各類科學期刊和教科書上頻頻出現。至今為止已經有超過200個博士學位的授予與甚大陣的研究成果密切相關。

　　在1989年，旅行者二號飛行器飛掠海王星時，甚大陣望遠鏡被任命為地球和旅行者間的通訊員。在2014年12月至2015年1月間，甚大陣則快速地搜尋了M31和M32星系中上萬億個天體系統，期待能夠發現來自高等文明的信號。2017年9月，甚大陣巡天項目（VLASS）正式啓動。這項巡天項目將在三次完整掃描中覆蓋全天80%的面積。天文學家們預計這項巡天項目能夠發現一千萬個新天體——是已知射電源數目的四倍之多。

　　甚大陣和其他四架望遠鏡一同參與了這張蟹狀星雲的拍攝。圖中星雲的紅色部分即是甚大陣在無線電波段所拍攝的圖像。

　　圖源：美國航天局/噴氣推進實驗室（JPL）

　　老將的未來

　　2012年，甚大陣被重新命名為央斯基甚大陣 (Karl G. Jansky Very Large Array)，以紀念美國射電天文先驅卡爾·央斯基（Karl Guthe Jansky）。央斯基在1931年首次發現了來自銀河系中心的無線電波，是當之無愧的射電天文學奠基人。在美國國家射電天文台舉行的為甚大陣徵名活動中，共收到來自超過65個國家和地區的2萬餘份提名。最終美國國家射電天文台決定將其重新命名為央斯基甚大陣。

　　射電天文學家現在正緊鑼密鼓的籌劃甚大陣的升級以使其能跟上前沿科學發展的步伐。他們設想在新墨西哥州建造新一代甚大陣（簡稱ngVLA），主陣列中共有214個直徑18米的天線將以螺旋形分佈在沙漠中，最長基線可達1000公里。長基線陣列另有30個同尺寸天線橫跨北美大陸分佈，使其基線擴展到8,860公里。新一代甚大陣的中心地帶還將會額外新建19個直徑為6米的天線，使得新一代的天線陣能夠擁有更高的觀測精度。

　　據美國國家射電天文台估計，這樣的升級項目將耗資19至22.5億美元。如果這筆預算能夠被批准，該升級可以在2034年前完成。新一代甚大陣可以尋找黑洞、觀測太陽系的形成，還將尋找年輕恆星周圍能夠構成生命的化學物質，並協助研究由激光干涉儀引力波觀測台（LIGO）觀測到的引力波事件。

　　由於甚大陣身處沙漠腹地，故美國國家射電天文台特地開放了線上甚大陣參觀以進行科普。小編在此附上了十二月五日線上甚大陣之旅的鏈接，感興趣的讀者們可以自行註冊哦。

　　https://public.nrao.edu/event/vla-virtual-tours-2020-12-05/

　　責任編輯：王延昕

　　牧夫新媒體編輯部

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