从太阳和其他天体射来的无线电波 [复制链接]

第7版()
专栏：

从太阳和其他天体射来的无线电波
戴文赛
太阳和星星射出光线，光线传到我们的眼睛，我们就看见了明亮的太阳和星星。仔细分析它们射到地球上来的光线，我们就能够获得关于这些天体的很多知识——它们是甚么东西组成的，它们有多大，多重，离开我们有多远，以甚么样的速度在运动着，在它们上面温度有多高，压力有多大，等等。分析光线的技术叫做分光术，所用的仪器叫做分光仪，这种仪器并不复杂。把分光仪装在天文望远镜上面，可以拍摄到天体的光谱，从光谱的分析就可以得到上列关于天体的各种资料。因此有人称天体光谱为无字天书，只要学会读这种书的方法，对宇宙的认识就可以提高一步。
十多年前发现，太阳和一些其他天体不仅射出光线，也射出无线电波。这样使我们又得到另一种无字天书了，使我们又多一种认识宇宙的方法了。为甚么天体会射出无线电波呢？难道天体上面有某种和人类一样聪明的生物，建立了强大的无线电台，向着地球发播无线电信号吗？不是这样的。太阳上面温度高到摄氏六千度，和人类相似的生物是不会有的，因为受不了这样高的温度。物理学告诉我们，眼睛看得见的光线是电磁波，无线电波也是电磁波，所不同的只是波长不一样。看得见的光线的波长范围是从一厘米的十万分之四（紫光）到十万分之八（红光）；无线电波的波长范围则从几毫米到几千米。波长比紫光更短的有紫外光、爱克斯射线、伽马射线，波长比红光更长的有红外光，再长就是无线电波了。事实上，我们不仅能够接收到从太阳和其他天体射到地球上来的可以看见的光线，也能够接收到眼睛所不能看见的紫外光和红外光的一部分。可惜的是，地球大气把波长比十万分之三厘米短的紫外光和比万分之二厘米长的红外光吸收了极大部分。地球大气好比一道墙，只开一个窗户让可见光线和紫外光红外光的一小部分通过，把天体射出的其他波长的电磁波挡住了。十几年来的一个重要发现就是发现这道墙还有一个窗户，这第二个窗户让波长在一厘米到三十米之间的无线电波通过。近年来科学家已经在想办法消除地球大气这道墙对天体辐射的阻碍作用。一种办法是把自动记录的分光仪装在火箭里，把火箭射到一二百公里高的高空来拍摄太阳的光谱照片，火箭落回到地面上之后再把照片拿出来研究。用这个方法已经成功地拍摄到太阳的波长短到十万分之一厘米的紫外光的光谱，获得了一些有价值的资料。但这个方法只能应用于太阳，不能用于亮度比太阳小得多的其他天体，因为要把笨重的大望远镜装在火箭里射到高空去是很困难的。另一个办法是建立地球的人造卫星，使它在离地面几百公里的高空不停地绕地球转动，在这样高的地方空气比地面稀薄很多，把天文仪器装在人造卫星里面来观测天体，便可以观测到天体在各种波长所射出的电磁波，几乎完全不受到地球大气的阻碍了。但是目前人造卫星的建立还没有实现，所以天文家便尽量利用上述的第二个窗户，观测天体在一厘米到三十米波长范围内的无线电辐射。这样，天文学中一个新的部门——无线电天文学（也叫“射电天文学”）——便产生了。它是现代科学的一个生长点，它不仅使我们加深对宇宙的认识，帮助物理学解决一些问题，例如宇宙线来源问题，它还有许多实用的价值，因此引起全世界科学技术工作者的重视。目前在十几个国家里有三十多个台站在进行着无线电天文的观测研究工作。
观测天体无线电辐射（以下简称射电）的仪器叫做“无线电望远镜”或“射电望远镜”，包括天线和接收器。天体的射电很微弱，所以天线需要很大。如果要接收米波，常用许多定向天线组成的天线。最近也开始用十字形的天线。澳洲锡尼射电天文研究机构最近造成的十字形天线，用来观测3.5米的无线电波。如果要观测分米波和厘米波，则用抛物面形状的天线。抛物面反射镜或者由几十个金属片合成，或者由金属线结成为网状的抛物面镜。它的作用和玻璃制的反射镜一样，就是把更多的天体射电集中起来，使强度增加。在镜的焦点上有一根长度只有几厘米的金属线，这条线才是天线本身。我们要求抛物面反射镜的直径尽量大，一方面是为了增加所接收到的射电的强度，另一方面也是为了增加分辨本领，道理和光学望远镜一样。英国曼彻斯特的射电天文实验室已经制成一个直径二百五十呎的抛物面反射镜。苏联也在制造很大的射电望远镜。
1944年美国雷柏首先在1.9米波长的地方观测到太阳的射电。从八毫米到十六米的波长范围内都观测到太阳的射电。太阳表面活动很少或完全没有的时候，射电比较微弱。这种射电叫做“宁静太阳”的射电。苏联物理学家金斯堡和天文家史克洛夫斯基证明，宁静太阳的射电不是在太阳内部或表面产生的而是在太阳外面产生的，就是在太阳大气外层叫做日冕的那一部分产生的。日冕温度高达一百万度，比太阳表面高得多，射电就是日冕的热辐射的一部分。日冕温度为甚么这样高，到现在还没有大家公认的解释。我们地球也有类似的情况：在数百公里高的高空，温度比地面高得多。
太阳表面活动厉害的时候，射电强得多。这叫做“扰动太阳”的射电。太阳表面出现大的耀斑的时候，射电特别强，强度有时比宁静太阳的射电大一百万倍以上。在这种时候，地球上出现磁暴、极光，短无线电波的传播受到严重破坏。耀斑是用“单色光”（波长局限于很小的范围——例如一万万分之一厘米——的光线）观测太阳的时候，可以在太阳表面某一个地方，看到突然出现的明亮斑点，一般在几分钟之内就消灭，大的也在一小时内消灭。耀斑是如何产生的，扰动太阳的射电是如何产生的，这些问题都还没有得到满意的回答。
1946年发现月亮也发出无线电波。月亮表面由于吸收太阳光自己也发射出一些红外光和无线电波。有人也试要在太阳活动厉害的时候观测从月亮反射到地球的太阳射电，但还没有成功。去年发现木星也射出无线电波，甚至有人定出这种无线电波是从木星南温带那个有名的大红斑附近的一个白斑点发出来的。这个白斑是甚么东西目前还不知道。
对于月亮和流星还可以进行另外一种观测，就是雷达的观测，因为它们是离开地球最近的天体。1946年初在美国和匈牙利都成功地用强大的雷达设备对月亮进行了这样的观测。月亮离开地球平均三十八万四千公里，无线电波送到月面然后被反射回来一共需要两秒半钟，观测结果也正是这样。这是我们地球上人类第一次把一个信号送到别的星球，而且反射回来。将来在仪器改进得更完善之后，准备用同样方法来研究月面的构造，因为月亮上的高山比附近的平原或深谷离开地球近一些，反射回来的无线电波我们应当稍微早一点接收到。
用雷达观测流星的时候，无线电波不是从流星本身反射回来，而是从“流星余迹”反射回来的。流星以高速度在地球大气内运动，在走过的地方把气体电离了，电离的气体是能够反射无线电波的。余迹常在一百公里左右的高度。流星的观测具有重大的实用价值，它使我们了解高空的情况，对于高度飞行是很需要的。利用雷达观测流星的优点是在白昼也可以进行观测，天气不好也可以进行观测。
把射电望远镜对着天空任何一部分，都可以接收到从地球以外射来的无线电波，但天空有些部分射电强一些，有些部分弱一些，最强的部分是在银河带内，特别是在人马座。太阳是千千万万个恒星之中的一个，它属于一个庞大的称为“银河系”的恒星系统，太阳并不位于银河系的中心，而是在比较靠近边缘的地方，银河系中心的方向正是在人马座。太阳在发出射电，别的恒星也一定在发出射电，但恒星离开我们都很远，我们目前已造出的仪器灵敏度还不够高，所以还不能接收到恒星的射电。最近研究结果，天文家认为银河射电包括两部分：一部分是星际电离气体所产生的，超新星和一些其他种类的恒星（可能包括太阳）有时候会产生猛烈的爆发现象，抛射出许多质点，离子和原子核在星际磁场中得到加速而成为原宇宙线，电子则受到减速而放出射电（米波）。这些结论还是初步的，还需要进一步研究。上述两种辐射都是连续的辐射，最近发现星际气体中的中性氢原子（占星际气体的大部分）在波长21厘米（周率每秒1420百万周）的地方还有线辐射，这条光谱线的产生已经得到理论的说明。不久以前还发现星际重氢在91.5厘米的辐射。利用上列几种银河射电的观测研究，天文家获得了关于银河系结构的一系列结论。
此外，还发现了不少的“射电点源”，它们在恒星之间的位置是固定的。有一度大家叫它们做“无线电星”，现在不这样叫了，因为它们并不是普通的恒星，位置和恒星不符合，角直径比恒星大得多，从一分到几度。射电点源有的是银河系内的星云，有的是超新星的残迹，有的是其他的银河系（河外星系），大部分则还看不出是甚么东西。在金牛座有一个星云，形状像一只螃蟹，所以叫做蟹状星云，已经证明它就是我国古书里所载的于公元1054年出现的超新星的残迹。宋史载：“至和元年五月己丑（客星）出天关东南，可数寸，岁余稍没。”现在发现它是一个射电点源。我国古书里的一些古老的天象纪录竟然在新兴的一个科学部门里起了作用。这表示我们应当注意整理我国在科学技术上的丰富遗产。
最强的一个点源在天鹅座，有些天文家认为这个点源发出的射电是两个河外星系以每秒钟一千公里以上的高速互相碰撞而产生的。
最近已经造成功一种射电六分仪，航海航空的人可以用它观测太阳的射电，来定出位置和方向。这种观测在天气不好的时候也可以进行。也有人在打算利用射电点源来测定位置和方向。
射电天文学是一个年青的、生气勃勃、有远大前途的科学部门，是和平利用新理论新技术的一个突出例子。目前英国和澳洲走在最前面，苏联、美国、荷兰等国也都在大力发展。在我国还是一个空白点。希望天文工作者和无线电电子学工作者多予注意，协力创造条件，数年内在我国把这方面的工作开展起来。