分析最大口径望远镜的优势（灰常大望远镜阵列）

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文章来源：space/very-large-array.html

翻译：童牧天

校对：王延昕

排版：况宇庭

小编在多年前第一次看到甚大阵（Very Large Array，简称VLA）的英文名时，不由被老美“朴实无华”的命名哲学所折服。直译过来，VLA便是“非常大的望远镜阵列”。当然，熟悉射电天文学，或是忠实的科幻电影爱好者们一定对于“甚大阵”这个元老级望远镜无比熟悉。

电影《超时空接触》海报

图源：地外文明探索研究所（SETI Institute）

没错，甚大阵望远镜阵列便是在由卡尔萨根撰写剧本的科幻电影《超时空接触》中女主角爱罗薇进行地外文明探索并解读外星文明信号时使用的望远镜。有趣的是，在电影拍摄前，甚大阵并没有参与地外文明探索计划。而直到今年2月，也就是投入使用的第40个年头，SETI真的邀请甚大阵加入地外文明搜索。

在《超时空接触》中，朱迪·福斯特饰演的爱罗薇在VLA前装模作样戴着耳机监听外星讯号。

甚大阵望远镜坐落于美国新墨西哥州的索科鲁附近。该阵列由27个巨大的碟型天线组成，每个大碟的直径均为25米。俯瞰下，这些望远镜呈Y形排列，构成一个最长基线达36公里的巨型望远镜，大约相当于北京东五环到西五环的跨度。

射电天文学家通过无线电波观测着宇宙的动向。无线电波位于电磁波谱的左端，波长涵盖了从大约1毫米到100公里的范围。研究人员可以利用这些波段的电磁波更好地理解各种各样的宇宙现象，包括行星、恒星、气体和尘埃云，以及星系、脉冲星、甚至黑洞。

呈“Y”字型排布的甚大阵

图源：Shutterstock

甚大阵望远镜的诞生

根据负责甚大阵项目的美国国家射电天文台（NRAO）的记录，从1960年代开始，科学家们就设想了巨大射电望远镜阵列的可能性，并尝试以此种设计弥补单碟望远镜观测的不足。类似于光波的干涉原理，多台射电望远镜可以串列工作，而天文学家们可以将它们的数据结合后进行分析，如同使用一台超大口径望远镜一般，其分辨率相当于一台口径等同于各天线之间的距离那么大的望远镜，而这种技术则被称为干涉测量。

美国国会于1972年8月批准了甚大阵的项目，并在次年开始建设。据新墨西哥州旅游局介绍，整个建造过程共耗资7800万美元（相当于今天的4.85亿美元），即每位美国纳税人大约为甚大阵贡献了1美元。甚大阵于1980年建成并正式投入使用。

甚大阵位于圣奥古斯丁平原（大约在索科鲁城西北80公里处）上，四周是一片平坦而空旷的沙漠。美国国家射电天文台表示，由于选址远离城市且四面环山，而这些山地又刚好是抵御无线电干扰的绝佳天然屏障，因此圣奥古斯丁平原是像甚大阵这样射电望远镜的理想选址。

甚大阵的成功同样得益于沙漠中干燥的气候。无线电波容易被地球大气中的水分子吸收。因此，在沙漠这样湿度极低的地方，望远镜能够更加清晰地捕捉到夜空中各波段上的天文事件。

云层下的甚大阵

图源：美国国家射电天文台

甚大阵的光辉岁月

自成立以来，甚大阵贡献了数目可观的科研成果。美国国家射电天文台称，已经有“超过11,000个不同的观测项目”使用了甚大阵的观测数据，并且甚大阵“几乎对天文学的每个领域都产生了重大影响”。甚大阵带来的研究成果在各类科学期刊和教科书上频频出现。至今为止已经有超过200个博士学位的授予与甚大阵的研究成果密切相关。

在1989年，旅行者二号飞行器飞掠海王星时，甚大阵望远镜被任命为地球和旅行者间的通讯员。在2014年12月至2015年1月间，甚大阵则快速地搜寻了M31和M32星系中上万亿个天体系统，期待能够发现来自高等文明的信号。2017年9月，甚大阵巡天项目（VLASS）正式启动。这项巡天项目将在三次完整扫描中覆盖全天80%的面积。天文学家们预计这项巡天项目能够发现一千万个新天体——是已知射电源数目的四倍之多。

甚大阵和其他四架望远镜一同参与了这张蟹状星云的拍摄。图中星云的红色部分即是甚大阵在无线电波段所拍摄的图像。

图源：美国航天局/喷气推进实验室（JPL）

老将的未来

2012年，甚大阵被重新命名为央斯基甚大阵 (Karl G. Jansky Very Large Array)，以纪念美国射电天文先驱卡尔·央斯基（Karl Guthe Jansky）。央斯基在1931年首次发现了来自银河系中心的无线电波，是当之无愧的射电天文学奠基人。在美国国家射电天文台举行的为甚大阵征名活动中，共收到来自超过65个国家和地区的2万余份提名。最终美国国家射电天文台决定将其重新命名为央斯基甚大阵。

射电天文学家现在正紧锣密鼓的筹划甚大阵的升级以使其能跟上前沿科学发展的步伐。他们设想在新墨西哥州建造新一代甚大阵（简称ngVLA），主阵列中共有214个直径18米的天线将以螺旋形分布在沙漠中，最长基线可达1000公里。长基线阵列另有30个同尺寸天线横跨北美大陆分布，使其基线扩展到8,860公里。新一代甚大阵的中心地带还将会额外新建19个直径为6米的天线，使得新一代的天线阵能够拥有更高的观测精度。

据美国国家射电天文台估计，这样的升级项目将耗资19至22.5亿美元。如果这笔预算能够被批准，该升级可以在2034年前完成。新一代甚大阵可以寻找黑洞、观测太阳系的形成，还将寻找年轻恒星周围能够构成生命的化学物质，并协助研究由激光干涉仪引力波观测台（LIGO）观测到的引力波事件。

由于甚大阵身处沙漠腹地，故美国国家射电天文台特地开放了线上甚大阵参观以进行科普。小编在此附上了十二月五日线上甚大阵之旅的链接，感兴趣的读者们可以自行注册哦。

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

责任编辑：王延昕

牧夫新媒体编辑部

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