射電望遠鏡是怎樣測距的?大家首先需要知道望遠鏡的靈敏度是到底什麼，怎麼理解這個概念呢？，我來為大家講解一下關于射電望遠鏡是怎樣測距的?跟着小編一起來看一看吧!

射電望遠鏡是怎樣測距的

大家首先需要知道望遠鏡的靈敏度是到底什麼，怎麼理解這個概念呢？

對于望遠鏡，靈敏度是指望遠鏡接收微弱信号的能力，也是就是說，望遠鏡接收的信号越微弱，能接收到來越遠的宇宙信号，它的靈敏度就越高。再看一個更容易理解的例子，我們日常生活中所用的尺子，它能夠測量的最小長度為1毫米，尺子的靈敏度可以理解為是1毫米，比1毫米更短的尺寸，它是無法測量的。而望遠鏡的靈敏度是辨别最小信号大小的能力。

實際上，影響望遠鏡靈敏度的因素很多，這裡介紹下主要的影響因素。包括望遠鏡的接收面積、裝備的接收機的系統噪聲、數據處理設備（專業術語稱為天文數字終端，英文為Backend）采用的處理方法，以及望遠鏡所處的環境噪聲（主要指無線電環境）。

第一， 通過更大的接收面積提高靈敏度

望遠鏡通過它的"鍋"将無線電信号進行彙集和放大，原理就像我們小時候玩的放大鏡，放大鏡将太陽光彙集，那個小亮點就是放大鏡的焦點，焦點處的能量最高，可以把火柴點着。望遠鏡也是采用這裡原理，将無線電信号彙集到“鍋”的焦點，這樣就可以将弱信号放大很多倍。

下圖公式中G為信号的放大倍數，At為望遠鏡的接收面積。面積越大，望遠鏡對信号的放大能力也就越強，我們就能接收到更加微弱的信号。也可以說，“鍋”的直徑越大，面積也就越大，靈敏度也就越高。所以，科學家才會追求更大口徑的射電望遠鏡。

公式中的其它兩個變量是效率η和波長λ，若是望遠鏡變形了，那麼它的效率也就降低了，意味着望遠鏡的靈敏度也就降低了；另外波長也可以理解為望遠鏡接收信号的長度，這裡的信号是電磁波，也可以說，望遠鏡觀測不同波長的信号時，它的靈敏度是不一樣的。

目前，國内外建設的射電望遠鏡直徑達到上百米，甚至到了500米，如我國建成并投入使用的天眼FAST，它直徑達到了500米，其他領域你再也找不到這麼大的“鍋”了。望遠鏡極其誇張的靈敏度就是要靠它誇張的接收面積實現的。

第二， 通過裝備制冷接收機提高靈敏度

技術人員研發的制冷接收機安裝在“鍋”的焦點處，進一步處理“鍋”放大後的信号。實際上，射電望遠鏡上裝備的接收機很有意思，你可能沒有聽說過它的神奇之處，望遠鏡的靈敏度主要靠這個設備了。這裡介紹的接收機和民用、軍用的接收機是不一樣的，當然原理是一樣的。最大的區别是射電天文領域研制的接收機采用了制冷技術，也就是讓接收機中的核心的微波器件（饋源、放大器、極化器等）在70K的溫度下工作。

這裡的K是開爾文（Kelvins），K=273.15 t(℃)，計算可知，70K是零下203度，創造這個低溫環境可是不容易的，而且這個溫度還要非常穩定；我們都知道，家裡冰箱的冷凍溫度也就零下30度。

為什麼要讓核心器件在低溫環境下工作呢？最主要的目的是提高接收機系統的靈敏度。為更好地理解低溫工作的好處，這裡需要引入熱噪聲這個概念。

熱噪聲是最基本的一種噪聲，是無處不在的。在絕對零度(-273攝氏度)以上，所有電子器件都會産生熱噪聲。而溫度越低的情況下，電子器件的熱噪聲也就越小，這樣來自天體的微弱信号就不會埋沒在噪聲裡了。

接收機用于處理“鍋”放大後的信号，它的靈敏度最大限度地提高，就是進一步提高望遠鏡的靈敏度。所以，望遠鏡的靈敏度是遠遠高于軍用、民用雷達的，也是商用頻譜儀無法比拟的，因為這些接收機在室溫狀态下工作。

實際上，目前應用的制冷接收機已經接近了量子噪聲，技術水平已經達到了極緻，已經無法突破了。可以看到，正是因為望遠鏡裝備了能在零下203度環境下工作的接收機，進一步将望遠鏡的靈敏度推向頂點。

第三，特殊的數據處理方法進一步提高靈敏度

制冷接收機的處理後的信号下一步将達到天文數據處理終端，這個環節如何提高數據的質量，科學家當然不會放過。通常情況下，科學家可以根據觀測模式記錄原始數據，初始數據時間分辨率很高，這裡所說的時間分辨率，指獲取每組數據需要的時間，比如每50微秒記錄一組數據，時間分辨率就是50微秒。

在射電天文領域，國内外科學家均采用數據積分的方法來處理數據，并用積分時間描述數據的質量，主要目的是為了提高信噪比，也就是降低噪聲，噪聲低了，弱信号就能更好的辨别了，望遠鏡的靈敏度也就提高了。積分時間這個專業術語對于其他領域的人來說，不太容易理解。

為更好地理解積分時間這個概念，還是需要引入噪聲這個概念。所有射頻通信鍊路中器件都是有噪聲的，包括數字電路。一般情況下，這些噪聲近似服從高斯分布，也可以說是随機的。而對于随機的信号，多組的噪聲數據進行平均後，噪聲也就降低了，我們從下圖可以看出，100組數據進行平均後，相對于10組和1組，噪聲變得更加平穩，幅度也降得更低了。而我們觀測的天體信号的固定不變的，這樣，就能辨别更小的信号了。

可以看到，科學家在數據處理環節也在想辦法提高數據的質量，部分環節是在數據處理終端的這個硬件層面自動完成的，也可以說，科學家通過觀測方法進一步提高靈敏度。

第四， 通過優良的無線電環境提高靈敏度

無線電環境對望遠鏡觀測産生怎樣的影響呢？

這裡，還需要用到前面介紹到的噪聲概念。望遠鏡工作時可以接收到科學家關心的天體信号外，除此之外，還可以接收到宇宙背景噪聲、環境中無線電噪聲。

對于實際情況，環境中的無線噪聲影響最大，這裡所說的無線電噪聲包括各類地面、空間無線電信号，如我們熟知的移動通信信号、廣播電視信号、衛星導航等，還包括望遠鏡系統内部電子設備的輻射發射噪聲。也就是說，若是望遠鏡周圍的無線電環境不理想，望遠鏡就會接收到很多無用的噪聲信号，那麼，宇宙中微弱的天體信号就可能埋沒在這些噪聲之中，望遠鏡的靈敏度也就降低了。

為提高望遠鏡觀測數據的質量，良好的無線電環境也是科學家看重的。所以，知名的射電天文台站都會嘗試建立無線電甯靜區（如中國天眼FAST），限制周圍無線電裝置的建設，如通信基站等。

FAST無線電甯靜區

望遠鏡運行時，還需要針對各類無線電設備進行管制，如手機、相機、藍牙、WiFi、智能穿戴等；也需要對台址的各類電子設備進行電磁屏蔽，減少它們的輻射強度，進而保護望遠鏡的無線電環境。

禁用無線電設備

所以，想要做好的科學，出好的成果，科學家需要從各個層面做出努力，提高設備的靈敏度，提高設備的質量，服務與我國的天文事業。

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