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| 望遠鏡是天文學家研究天文相當重要的工具，尤其 20 世紀發展出無線電波望遠鏡後，更大大拓展人們對宇宙的認識。星際物質的聚散、融合、星體的形成、衰亡……，都會輻射電磁波。電磁波穿越地球大氣層時，大部份的波段會被水、氧、臭氧等吸收，只有可見光與無線電波容易穿透大氣至地面。因此，要在地球上探索宇宙，除了利用光學望遠鏡收集可見光，還要借助無線電波望遠鏡偵測無線電波，才能得到詳細的訊息。 大口徑，收集訊號能力強 無線電波望遠鏡主要是在偵測特定星際分子發出的譜線、低溫的熱輻射……等，當原子間相互影響，產生震盪，或分子從某個能階躍遷到另一個能階時，都會吸收或發射固定頻率的無線電波。不同分子有不同譜線，收集某處的無線電波資訊，即可分析分子的種類、空間分佈及運動情形等，例如研究不發光、緻密黑暗星雲的濃度、彗星的組成分子，或尋找胺基酸探索外星生命。此外，大霹靂初期留下來的極微弱輻射，也能被無線電波望遠鏡接收，有助於重建 137 億年前宇宙誕生的概況。 Easy learn
中央研究院天文所副研究員王祥宇表示，無線電波望遠鏡的優點在於比較不受天候、日夜影響，可隨時接收訊號。常見的無線電波望遠鏡運作原理是先用碟形天線將天體投射進來的無線電波匯聚到反射次鏡，再傳送訊號到接收機做訊號放大處理，最後由終端記錄設備解讀，並將偵測資訊以圖、表等方式顯示出來（見右圖）。碟形天線口徑越大，收集訊號能力越強，解析度越高。目前最大的碟形天線是座落在波多黎各的阿雷希沃無線電波望遠鏡，直徑為 305 公尺；2008 年中國於貴州山村喀斯特洼地開工建製的無線電波望遠鏡，直徑更長達 500 公尺。 兩兩干涉，增大解析度 一般光學望遠鏡的口徑約只能做到 10 公尺左右，然而無線電波望遠鏡所接收的電磁波波長是可見光的 100 萬倍，拋物面鏡不需做得那麼精準（鏡面誤差的容忍範圍約是波長的 1/10），製程較簡單，因此口徑可以做到數百公尺，一般小口徑的天線也有數十公尺。不過，無線電波望遠鏡的口徑做得再大，成像品質仍不如光學望遠鏡，因為解析度與入射光的波長成反比，要達到和光學望遠鏡一樣好的成像品質，口徑必須比光學望遠鏡大 100 萬倍。所以目前許多無線電波望遠鏡為了提高解析度，都設計成「干涉陣列」形式，讓不同天線接收的訊號兩兩相互干涉，再計算電波來源的分佈情形。 Easy learn
王祥宇表示，將兩座相距一公里的天線所接收的訊號互相干涉，並比對彼此的訊號值，得到的解析度等同於使用直徑一公里的大型天線；兩天線間的空白訊號，可透過地球自轉，慢慢移動而收集到大範圍的資料（見右圖）。若只用一個小天線，缺乏相互比對的參考值，就無法提高解析度。 不過，兩天線收集到的訊號是呈帶狀，要得到一區域的資料，需更多天線在不同位置兩兩干涉，例如位於美國新墨西哥州的極大陣列電波觀測站（VLA），即是以 27 座直徑 25 公尺的天線排列成 Y 字形，解析度最高可到 0.04 角秒（角秒為量測角度的單位，1°=3600 角秒），相當於可看見150公里外的一顆乒乓球；而日本、美國、澳洲、歐洲等科學家共同合作的超長基線太空天文台計畫（VSOP，the VLBI space observatory program），利用 HALCA 衛星攜帶的無線電波望遠鏡，與地面電波望遠鏡組成干涉陣列，更把有效直徑拉大至地球直徑的 2.5 倍（約 3 萬公里），解析度至少可達 37 微角秒，相當於從地球看見月球上的一顆棒球。 現在，我們可以從地球一步步解開宇宙的神秘面紗，正是科學家不斷提升無線電波望遠鏡解析度、長時間追蹤天體訊號的結果。它讓我們不只看到某一小部份的天體，還能分析遙遠星系結構、解讀天體活動、探討宇宙演化……，對於宇宙學的發展有相當程度的貢獻。
延伸閱讀 《光學》，周趙遠鳳編著，儒林出版 高二課本《地球與環境》上冊
電波望遠鏡 ( 射电天文望远镜 ) 電波望遠鏡是主要接收天體無線電波段輻射的望遠鏡。電波望遠鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面電波望遠鏡，有能夠全方位轉動的類似衛星接收天線的電波望遠鏡，有電波望遠鏡陣列，還有金屬桿製成的電波望遠鏡。 1931年，美國貝爾實驗室的央斯基用天線陣接收到了來自銀河系中心的無線電波。隨後美國人格羅特·雷伯在自家的後院建造了一架口徑9.5米的天線，並在1939年接收到了來自銀河系中心的無線電波，並且根據觀測結果繪製了第一張無線電天圖。無線電天文學從此誕生。雷伯使用的那架天線是世界上第一架專門用於天文觀測的電波望遠鏡。 20世紀60年代天文學取得了四項非常重要的發現：脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子，被稱為「四大發現」。這四項發現都與電波望遠鏡有關。 天文望遠鏡的極限解析度取決於望遠鏡的口徑和觀測所用的波長。口徑越大，波長越短，解析度越高。由於無線電波的波長要遠遠大於可見光的波長，因此電波望遠鏡的分辨本領遠遠低於相同口徑的光學望遠鏡，而電波望遠鏡的天線又不能無限做大。這在無線電天文學誕生的初期嚴重阻礙了電波望遠鏡的發展。 1962年，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的馬丁·賴爾（Ryle）利用干涉的原理，發明了綜合孔徑電波望遠鏡，大大提高了電波望遠鏡的解析度。其基本原理是：用相隔兩地的兩架電波望遠鏡接收同一天體的無線電波，兩束波進行干涉，其等效解析度最高可以等同於一架口徑相當於兩地之間距離的單口徑電波望遠鏡。賴爾因為此項發明獲得1974年諾貝爾物理學獎。 目前無線電天文學領域已經廣泛應用長基線的干涉技術，將遍布全球的電波望遠鏡綜合起來，獲得了等效口徑相當於地球直徑量級的電波望遠鏡。美國建設了VLBA，歐洲建設了EVN，二者組成了國際VLBI網。 目前世界上已建成和在建的一些著名電波望遠鏡 |
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