五、射电成像和光学成像

📡一、什么是射电
 📡二、射电波段和辐射的类型
 📡三、噪声及其性质
 📡四、射电天文是如何产生的
 📡五、射电成像和光学成像
 📡六、定位射电源在天空中的位置（赤经和赤纬）
📡七、选择一个观测项目（1）
📡七、选择一个观测项目（2）

本文为了方便读者理解，也参考 Measurement-and-Analysis-of-Neutral-Hydrogen-Velocities-across-and-along-the-Galactic-Plane.pdf 进行了一些改编

# 光学成像

现在光学望远镜拍摄图片使用 CCD 相机（数码相机），这种相机使用数百万个点（像素）来表示图片的数据。

光电二极管收集光能，并将其转换为按行和列记录的电压，以保存其位置信息，并允许重建图像。下面左图中的像素很明显。一个光学图片包含数百万像素 —— 所有的像素被同一时间捕获（抓拍）！在较高的放大倍数和较低的分辨率下，它们变得更加明显，如下面右图所示。

小鹿（左）对小鹿的耳朵进行放大（右）

下面是一些用 CCD 相机拍摄的被数字化的天文图像的例子（注意：所有近年来的天文摄影都是用 CCD 相机拍摄的）。

# 射电成像

可以参考小型射电望远镜太阳成像 ——2020.02.09 – 业余射电天文 – radioastronomy.online

相比之下，射电望远镜一次只能收集一个像素！每个射电图像都是许多像素收集的合成。每张图都需要几个小时，几天，甚至几年的时间！（一张业余爱好者用自己设备拍摄的整个天空的照片可能要花费好几年的时间！）专业射电天文成像一大优势是角度分辨率（分辨出两个接近的天体的能力）。专业射电望远镜（VLBI—— 甚长基线干涉仪）可以观察到比一毫角秒小得多的东西（这是头发在 10 英里处的角度！），而光学望远镜即使用凯克望远镜也只能分辨出 5 毫角秒的物体。

射电望远镜的分辨率更好，因为通过将许多射电望远镜连接在一起，可以模拟更大的射电望远镜。它们的等效尺寸是间隔最远的两个望远镜的距离（等效尺寸，即它们的分辨率可以比拟直径是等效尺寸的单台望远镜，例如两个小口径望远镜相距 500m 组成干涉阵，则其分辨率可以和 500m 口径的 FAST 想比拟）。

但是在另一方面，业余爱好者的望远镜最多只有几度的分辨率，因为我们天线的口径很小。例如一个 3m 口径的大锅天线在 1.42GHz 观测时，其分辨率约为 4 到 5 度。

由于地球自转，天空背景会自己运动，例如恒星的东升西落。而所谓天空背景，是指天空上的一切天体，而不仅仅是恒星，也包括一些气体分子团，例如经常提及的中性氢原子云团。所以即使射电望远镜对准某个方向不动，利用地球自转，也可以对天空进行扫描，称之为漂移扫描。

当天体由于地球自转或者由于天线主动转动而进入天线的视野（即波束）时，它们的能量（天线 / 接收机检测到的电压）就被记录下来。对于单个天线而言，此处所谓的天线视野 / 天线波束就是之前所提及的天线分辨率，例如之前所提及的 3m 口径的大锅天线，其观测视野为 4 到 5 度。每记录一次，即称为记录了一个像素，就相当于用一个视野很小的相机给天空拍照，每拍一次只能拍一个像素。

注：望远镜的分辨率为 $68.8^{\circ}\frac{\lambda}{D}$ ，其中 $\lambda$ 为波长， $D$ 为大锅天线的直径。1.42GHz 电磁波的波长为 21cm，即 $\lambda=0.21m$ ，而 3m 口径天线的直径 $D=3m$ ，所以分辨率为

$68.8^{\circ}\frac{0.21}{3}=4.8^{\circ}$

下图是一个业余射电望远镜，该望远镜口径为 3m，下面我们将用这台望远镜观测天空上的中性氢原子云团。

由于中性氢原子主要集中在银河系的银盘上，所以我们主动转动天线，沿着银河系的银盘进行扫描。正如之前所提及的，3m 口径天线的视野只有 5° 左右，所以我们可以沿着银盘，每隔 5° 记录一次数据，相当于用视野只有 5° 的相机给银盘拍照，要拍很多次才能把银盘给拍完。当然，我们目前没有拍完，只转动了 14 次天线，记录了 14 次数据，即拍摄了 14 个像素，拍摄的结果如下图所示。