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天文学专访:亚毫米波天文学

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ctnmz 发表于 2017-12-11 20:26:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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天文学专访:亚毫米波天文学

射电天文学中按电磁波波段区分,使用毫米波段(波长 1~10毫米)和亚毫米波段(波长约为0.35~1毫米)进行天文观测研究的一个分支。二十世纪五十年代研制成一系列小型毫米波射电望远镜,主要用于测量大气对毫米波传播的效应和观测太阳、月球和行星的准热辐射。到六十年代后期,从毫米波向短波方向和从红外波段向长波方向的技术发展使天文观测进入了亚毫米波段。
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天文学专访:亚毫米波天文学

毫米波天文学对星际物质、恒星的形成和演化等重要课题作出贡献是七十年代的事,这主要是由分子天文学的发展促成的。继六十年代发现星际羟基(OH)、水汽(H2O)、氨(NH3)和甲醛(HCHO)分子后,到七十年代末已陆续发现了50多种星际分子。分子波谱学表明,较轻分子(分子量<40)低J值(J是与能级有关的转动量子数)的纯转动跃迁和较重分子高 J值的跃迁主要落在毫米波和亚毫米波段。在星际空间激发条件下,许多在天体物理上有重要性的分子,其纯转动跃迁的一系列谱线的强度峰值也落在毫米波和亚毫米波段上。图1绘有乙腈(CH3CN)等分子谱线的峰值波长。
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天文学专访:亚毫米波天文学

事实上,迄今已陆续发现50多种星际分子的300多条谱线,有70%落在毫米波段。1977年在猎户座KL源核中观测到一氧化碳(CO)分子的 J为3→2(即从J=3跃迁到J=2)波长为0.87毫米的谱线,这标志分子天文学开始进入亚毫米波领域。绝大部分星际分子是美国国立射电天文台的口径11米的毫米波射电望远镜发现的,至于亚毫米波观测至今还是借用光学望远镜进行。1968年观测到了早已预言过的氢原子36.5GHz(波长8.2毫米)的H56α谱线,这标志着原子复合谱线的观测研究已推进到毫米波领域,为研究温度较低、密度较高的电离氢区的物理状态和运动特性提供了一个有效的手段。
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天文学专访:亚毫米波天文学

毫米波和亚毫米波段背景辐射频谱和空间分布特性的精密测量,是当代宇宙学的重大实测课题之一。冷而密的星际气体和尘埃的准热辐射谱的峰值及其辐射能量,往往集中在毫米波和亚毫米波段,在这些波段上的观测将为研究恒星的起源与演化提供十分重要的信息。类星射电源、射电星系特别是特殊星系的星系核活动过程,首先在频谱的短波段反映出来。对其强度和偏振随时间变化的观测研究,将有助于人们加深理解其巨大能量的产生机制。毫米波和亚毫米波天文学作为射电天文学的一个分支,并不在于它的研究对象和课题与其他分支有什么不同,主要在于所用仪器和观测方法自具特点。
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天文学专访:亚毫米波天文学

毫米波和亚毫米波天文观测是在氧和水汽等分子吸收带之间的一系列地球大气窗口进行的(图2)。这些窗口的波长约为8、3.4、2.3、1.4、0.86、0.74、0.65、0.45、0.36毫米。窗口的透明度或吸收随地球对流层水汽含量而异,一般具有线性关系。大气不仅吸收电波,本身还产生噪声辐射,而且波长越短,大气吸收和噪声辐射越大,使射电望远镜观测的信噪比明显下降。然而更严重的是,大气参数(主要是水汽含量)的空间的和时间的起伏,引起大气折射、吸收和辐射的起伏,从而使射电望远镜的观测受到限制。对流层中水汽具有尺度为几十米到上千米的空间分布不均匀性,使经过大气到达大型射电望远镜(单天线或干涉仪)天线上的电波有不同的光程差。
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