射电望遠鏡和諾貝爾獎

射电望遠鏡和諾貝爾獎

競爭與度量

12-19-2019

 

射电望遠鏡 (Radio Telescope) 是一種利用天線和無線电接收器來偵測宇宙天体或人造衛星所發射出無綫電訊号的天文儀器。無綫電波長遠長於可見光波, 故為了達到較高的解析度, 接收無線電頻率的射电望遠鏡, 其尺寸一般都很巨大! 射電望遠鏡的外型結構差別頗大, 常見的有固定在地面, 使用單一口徑碟狀天綫系統。射入抛物線碟面的电波, 經反射後聚集在中央上方的反射器上, 电波經反射後送到底部接收器, 進行讯号處理。有點像後院房頂上接收衛星电視台的小耳朶。

 

也有的射電望遠鏡能夠全方位轉動, 还有一些是陣列式, 或金屬杆製成的射電望遠鏡。

 

發現宇宙微波背景輻射的例子

講到射电望遠鏡的發展, 就不得不再次提出發掘宇宙微波背景輻射的歷史。 1930年代貝爾實驗室就有一位無綫电鼻祖 ~ 卡爾‧詹斯基 (Karl Jansky , 1905~1950), 專心研究如何消除無綫短波通訊的雜訊。 他發現宇宙中存在三種雜訊源: ⑴ 近處闪电; ⑵ 遠处闪电; (3) 由二萬六千光年的銀河系中心發來的高频無綫干扰。他对後者特感興趣, 無奈正值經濟大蕭條, 公司也不願多投入經費繼續探討, 這事就被擱置了30多年。

 

1964年, 貝爾實驗室裡兩位科学家, 彭齊亞斯 (Arno Penzias, 1933~) 和威爾遜 (Robert Wilson, 1936~), 继續了這項噪音來源的探索。他们發現宇宙中確實存在一種均勻, 且不隨時間变化的微波雜訊。微波的频率介於無線电波的尾端和紅外線之間。後經普林斯顿大学天文專家狄克 (Robert H. Ducke) 教授的指點, 才知道自己發現了宇宙大爆炸的證據~宇宙微波背景輻射 (Cosmic Microwave Background, CMB)。狄克早就從理論中预测到CMB的存在, 也正開始進行尋找, 如今却被人誤打誤撞, 㨗足先登。雖然很懊惱, 不过狄克还是很有風度地立刻協助他們收集更多數据, 立馬發表論文。1978年貝爾公司兩人同獲諾貝爾獎, 而指點迷津者狄克教授却名落孫山。

 

尋找脈衝星的例子

英國物理学家安東尼·休伊士 (Antony Hewish, 1924~), 是劍橋天文大師, 他和他的同事馬丁·赖爾(Martin Ryle,1918~1984), 是無綫电望遠鏡設計專家, 他發展了的一套射电望遠鏡系統, 兩人決定要在星空中尋找脈衝星 (Pulsar)。某日这颗星被休伊士手下的女研究員約瑟林·貝爾 (Susan Jocelyn Bell) 發現, 後來他们共同發表了一篇論文。

 

早在1934年, 德裔天文学家Walter Baade, 和瑞士藉天文学家 Fritz Zwicky, 就已經注意到宇宙中出現脈衝電波。經他们一群人不断地探索, 直到1968年, 天文界才慢慢了解這宇宙中發閃光的燈塔, 其實就是中子星形成的早期。 經塌縮後中子星密度極大, 体積又特別小, 為維持其角动量故自轉速度極高, 產生強力磁場後, 兩磁極發射出能量。当磁軸和轉軸差異大時, 每轉一週, 就会有一道電磁波脈衝射到地球, 故被稱為脈衝星。據說經过一千萬年後, 中子星開始老化, 燈塔的光就熄滅了。

 

1974年, 休伊士和赖爾獲得諾貝爾物理奖, 貝爾却被排除在外。当時在業界引起一陣騷動, 許多人認為若無貝爾的發現, 这一切都还是空談。譴責最深的也是劍橋同事之一的霍金。聽說霍金在自己實驗室裡掛了貝爾的照片, 上面提到她才是真正的獲獎者。貝爾当年也不过三十出頭, 她是一位十分謙卑的人, 從未对她的指導教授懷有任何不敬或有怨言。

 

这一次, 我讚同修伊士教授的講法, 貝爾小姐不过是按照他的指示, 且利用賴爾設立的射電望遠鏡的系統去執行, 達到他们預料中的結果。如今有很多自动操作系統運用在天文领域, 包括尋找系外行星、超新星、中子星、白矮星....等, 根本不需要人去操作。

 

然而, 發現宇宙微波背景輻射的諾貝爾獎沒有颁給指點迷津的狄克教授, 却是一件不太合理的決定。倘若沒有他的協助, 貝爾實驗室有再好的儀器設備, 或許还会一直停留在30年前的迷惑中打轉, 到底是不同领域, 隔行如隔山呀! 由此可見在科学界激烈的競爭之下, 还能保持高尚的度量, 實在是令人敬佩。