為什麼射電望遠鏡可以做到特別大,而光學望遠鏡不行?

日前,世界最大口徑球面射電望遠鏡建設工程在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣實現圈樑順利合龍。該望遠鏡口徑為500米、佔地約30個足球場大小。項目2008年12月26日奠基,預計2016年9月建成。


最根本的原因是對鏡面精度的要求:


一個光學系統(光學波段和射電波段都需要「光學」系統),鏡面精度至少要達到所觀測波長的四分之一。光學波段波長在10^2nm量級,而射電是從接近~1mm到幾十米這個波長範圍。顯然,光學望遠鏡所需的鏡面精度至少比射電望遠鏡高一萬倍,而要在越大的尺度上實現全部鏡面均控制在一定的精度範圍內就越難,所以光學難以做大。

(引申開來,大氣湍流對光學波段影響較強,現在高端點的望遠鏡會採用自適應光學,即實時快速調整鏡面形狀追蹤抵消大氣抖動的影響這個辦法來克服,這個追蹤也是需要有精度控制的,同理限制了做大。)

補充,如果是問「為什麼射電望遠鏡需要做的更大」,則理由為:

望遠鏡的角解析度∝波長/口徑,為了在各個波段上都獲得相似的解析度,所觀測的波長越長的望遠鏡就需要做的越大,不然難以比較各個波段的觀測結果。


鏡面難以製造. 光學天文望遠鏡的鏡片必須在光的波長數量級光滑,就是幾百納米左右. 而鏡片越大保持精度越困難,一點點熱漲冷縮就可能偏差很大.以前帕洛馬山天文台的5米鏡,用微晶玻璃鑄造,為了保持均勻冷卻降溫過程維持了幾個月之久.至於折射式望遠鏡最大直徑就只有1米左右了… 相比較波長在毫米級的射電望遠鏡工藝簡單,也易於進行多望遠鏡的共同干涉成像


天文觀測上有一個很簡單的公式,他來源於光學的衍射
最小分辨顆粒是frac{1.22lambda }{D}
其中D是望遠鏡的直徑
也就是說,波長越大,分辨顆粒越大,我們平時的光學段,比如鈉黃光,我記得是683nm(純記憶數據,待考證)射電波長是上十米的(同樣是記憶,稍後更新準確數據),也就是說,中間差了10個數量級,人們為了觀測上十米的射電波段,只能大肆擴大望遠鏡直徑,至於已經一個望遠鏡建不下來,用陣列來彌補
同樣的,前蘇聯的千米波通信陣列也是極其壯觀,用於和潛艇通信。

下面大概說一下為什麼,在太空中有一種稱作星際塵埃的東西,它比人類所人為製造的大多數真空都要空無一物,卻足以阻擋多數可見光波,而射電波段則足以繞過這些塵埃,為了觀察星際塵埃背後的故事,射電望遠鏡大量建設起來,當然與之幾乎結構一樣的是用於向戰略核潛艇下達指令的千米波長的通信裝置(據我所知甚至有互相改造的?待考證)千米波足以繞過數百米海洋的阻擋將命令下達給那些深藏於海底深處的攜帶著聚變彈的傢伙么,讓自己的祖國毀滅的同時全世界一起……嗯見馬克思


同樣pv精度為1/4波長,光學650nm和射電2m波長,哪個製造難度高


補充,想想誰來擦玻璃啊


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