射电天文学家全新校准技术突破地球大气电离层限制

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原作：荷兰天文研究学校

翻译：郭皓存

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://phys.org/news/2024-04-radio-astronomers-bypass-disturbing-earth.html

使用新旧校准技术的天空观测对比图。左侧为使用迄今最佳校准技术的天空观测图像。右侧为采用新技术后的图像，细节更加清晰，之前的模糊大斑块现在显示为多个分离、清晰的点。图片来源: LOFAR/Groeneveld等。

译者注：“射电”和“无线电”都对应着英文的“Radio”，指的是电磁波谱波长最长、频率最高的一段。中文习惯天文学名词一律使用“射电”，而日常通讯用的则常说“无线电”。阅读时请把两者想成同一个东西就好。

一支由荷兰莱顿大学领导的国际研究团队，使用了他们开发的一种新校准技术，规避了地球电离层的干扰，首次成功在低频范围内制作了清晰的宇宙射电地图。研究团队已经利用这一新方法对古老黑洞释放的等离子体进行了研究，并希望该技术未来可能应用在探测小型恒星周围的系外行星上。

该研究成果已发表于《自然·天文》

(https://www.nature.com/articles/s41550-024-02266-z）。

新方法使研究团队首次成功在16至30 兆赫的频率范围内获取宇宙的清晰射电图像。这一频率覆盖了覆盖了高频（HF，3~30兆赫（MHz））的和甚高频（VHF，30~300兆赫（MHz））的交界处。此前，科学界普遍认为在这一频段内获取清晰的射电图像几乎是不可能的。主要的挑战来自于电离层，它位于地球表面约80公里的高空，其对高频无线电波的反射和折射作用会显著影响这一波段的观测效果。基于同样的原因，高频比较怕干扰，只被用于少数民用广播；而甚高频只有较不受电离层影响的40兆赫以上波段被广泛使用于日常通讯。因此，研究团队能在此波段内获得清晰图像，标志着天文观测技术的一大突破。

研究团队选用了低频阵列（LOFAR）进行观测，这是一个大型的射电望远镜网络，涵盖了荷兰（14站点）、德国（6站点）、英国（1站点）、法国（1站点）、瑞典（1站点）、波兰（3站点）、爱尔兰（1站点）、拉脱维亚（1站点），同时还在意大利和保加利亚规划建站。此望远镜是目前世界顶尖的低频射电望远镜。在技术验证阶段，他们对一些以前仅在较高频率下研究过的星系团进行了观测。

低频阵列LOFAR的'超级平台'。这是位于荷兰埃克斯洛附近的扩展望远镜核心部分的一部分。Credit：LOFAR / ASTRON

新的图像揭示了这些星系团内的无线电发射并不是平均分布的，而是有着明显的斑点型分布。莱顿大学的研究项目负责人克里斯蒂安·格罗内韦尔德教授形象地描述了这一发现：“这感觉就像是第一次戴上眼镜，之前模糊不清的世界突然变得清晰可见。”

此项研究起初是受到了在约150兆赫的高频区域近年来多次校准技术突破的启发。莱登大学的雷努特·范韦伦教授，该项目的创始人，描述了他们的目标：“我们希望这些在高频得到的校准技术也能应用到30兆赫以下的低频率。”他兴奋地表示：“最终，我们成功地实现了这一目标。”

目前，研究团队正在继续处理数据，旨在绘制整个北半球低频率下的天空图。

根据研究团队的介绍，这种全新的校准技术开辟了研究以往难以观察到的天体现象的新途径。它未来可能应用于探测环绕小型恒星运转的系外行星。莱顿大学的格罗内韦尔德教授在谈到这一成就时表示：“当然，我们在未来的研究中也有可能会意外发现一些我们之前未曾预料到的全新现象，这将为我们的科学探索带来更多惊喜。”

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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图源：NASA

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