今后十年，将看到现有射电望远镜，诸如甚大天线阵、毫米波天文学和亚毫米波天文学所需之新设备的结构，会有重大的改进。

第二次世界大战以后的头几年，射电天文学家把注意力集中在战时英国和美国的雷达操纵者对太阳的射电爆发这项偶然发现上。然而，随着接收的无线电波（射电波）波长持续降低，加之灵敏度和角分辨率大大提高，竟很快导致一系列出乎意料的非凡发现：射电星系、类星体、脉冲星、星际脉泽（微波激射）、引力透镜和微波背景辐射——所有这些目前天文学文献和普及作品的熟悉论题——均因其射电辐射而被如获至宝般地发现。90年代建造的新一代射电望远镜，连同其对现有设备的重大改进，将进一步提高其灵敏度、角分辨本和成像质量，特别值得一提的是新近开辟了电磁频谱的毫米波段和亚毫米波段的领域。

射电源的多种型式

天文学家观测来自多种天体以及天体物理过程的射电辐射。连续非热辐射源包括极端相对论性等离子体源（通过同步加速过程辐射）以至恒星及星际分子云（凭借复杂的相干辐射机制辐射）等型式；而连续热辐射源包括星际和星系际的电离气体（通过诸如轫致辐射等各种过程辐射）以至发生黑体辐射的行星表面。此外，窄带谱线辐射是从星际介质的原子、分子和离子，从遥远的星系、类星体以及从行星的大气层，从彗星等发出的。

50年代初，因射电星系的发现，天文学家便意识到，这些天体需要有强大的能源供给。于是，只因发现能量更大但尺寸特别小的类星体，便引出一个难以解决的问题。目前，除了我们星系（银河系的中心－银心）以外，还有射电星系和类星体，其高分辨射电像均显示了由喷注、细丝和黑斑构成的引人注目的图样；这就要求理论上对其作出解释。这个长期悬而未决的问题涉及到能量起源以及能量如何转化成相对论性等离子体。用甚长基线干涉仪进行分辨率达毫角秒数量级的观测，表明相对论性等离子体被加速，并被聚焦成窄喷注。

尽管射电星系和类星体是很强的射电源，以致可能在远距离上观测到；但它们对一些宇宙学问题的预期应用有其局限性，因为随着宇宙演化，它们的亮度和大小的内禀性质如何变化未得确定。相反，1965年意外地检测到宇宙的微波背景辐射，这可能是当代宇宙学中最重大的发现。微波背景辐射的高度对称性对早期宇宙模式提供了一种最严格的约束条件；再则，要是目今计划中的实验也不显示出超过百万分之几的各向异性，那么我们对早期宇宙的基本观念就需要作根本性的改变。

近十年宇宙学中最值得注意的一项进展是发现了星系团和亿光年尺度上的空洞。射电望远镜观测到来自几千个星系的、发生红移了的氢谱线（波长为21厘米），披露了我们所研究过的最大尺度的宇宙结构。九十年代新仪器设备会进一步改进，那就可能把观测视界推广到更大的尺度。

测量到来自我们银河系中年轻恒星的非热闪烁的射电波。在相互作用的双星的复杂演化过程中已形成脉冲星，对其射电测量给出关于恒星演化近阶段情况的重要信息。而对OH脉泽云和H₂O脉泽云中的塞曼劈裂效应的测量表明新生的恒星和很老的恒星周围区域的磁场强度。

甚至对太阳系本身，通过射电观测，也得到许多预料不到的发现：从前面提到的太阳射电爆发到木星上强电磁场引起的无线电噪声。接收机的甚高频灵敏度不断提高，这使射电天文学家利用热射电辐射确定所有行星和许多小行星、卫星和彗星的表层和次表层的温度分布，并推断这些天体的表层和大气层的组成。特别有趣的是，已确认云层覆盖的金星上轻易获得的“温室效应”，它使其表层热至700 K。无源射电测量还显示水星的背阳面，原先想象那里是太阳系中最冷的地方，实际上却接近于我们的室温。

射电望远镜的富有革新意义的应用

对于基础物理的各种实验研究，射电望远镜也是—种重要工具。举例如下：

观测脉冲双星的轨道运动周期，仅提供引力辐射的实验证据。

高分辨率射电干涉仪测量射电波通过太阳边缘近处的相对论性偏转，与经典光偏转实验相比，其精确度有很大提高。

测量雷达信号通过太阳边缘近处，并继而从金星反射回来的时间延迟量，这是对狭义相对论的第四个验证。

甚长基线干涉仪（VLBI）现正用于测定每年几厘米的地壳板块运动，以供作对用于地面测时的极线运动和地球转动的测量，并研究地球大气环流与地球转动之间的相互影响。射电干涉仪可能用来预报地震，这已引起广泛的注意，特别是在意大利、中国、日本和苏联这样的多地震国，已建造了大范围的VLBI专用设备来观测地壳板块运动。

毫米波天文学和亚毫米波天文学

在过去十年中，毫米波段和亚毫米波段的技术获得特别惊人的进展。行星、恒星和星系都由冷物质构成，它们在波长很短的无线电波段的辐射最强。星际介质的毫米波谱在强度上可与太阳和恒星的夫琅和费光谱相比拟。射电望远镜给出对星际分子云的高频分辨能力，这可用以确定分子云的密度、温度、化学组成和同位素丰度。

直径为10~20米的毫米波和亚毫米波的射电望远镜正在美国各地的天文台开始工作。亚里桑那州建造了10米直径的亚毫米波望远镜。史密松天体物理台正在建造世界上第一组亚毫米波天线阵。但是目前正在使用的最大的毫米波望远镜建在日本和欧洲。

在美国，海斯塔克天文台的42米射电望远镜正在加固，这台望远镜在较长毫米波段工作。正在建造的100米绿岸望远镜取代300英尺中天望远镜，后者已于1988年拆除，前者将具有全空间视界和改进了的结构，其接收波长至少可降到7毫米。

毫米波天线阵

为了充分利用研究毫米波段的机遇，射电天文学家已经扩展了大型毫米波天线阵（MMA）的规划；天线阵更大，其灵敏度、分辨能力、转速和成像质量均超过世界上现有的射电望远镜一个数量级。MMA将在波长短至1毫米处工作，得以对天体物理的现象和问题（包括太阳和太阳系其他天体、新形成的恒星和行星系以及原始星系的产生）的广阔领域进行新的研究。

毫米波天线阵将用于观测所有各种普通天体，确定其直径和温度。已想象来自星系中尘埃和一氧化碳的辐射会有很大的红移量。毫米波天线阵将用于观测遥远星系的核心，它们在非毫米波段是“暗淡”的。

对太阳及其行星的高分辨毫米波段观测，对于研究在其他波段，甚至从宇宙飞船也不可能观测到的一些现象来说，也是颇为重要的。将会检测到高能粒子（随着太阳射电爆发射出）以研究粒子加速的物理机制，观测火星和金星上的大气风和温度分布。

美国天文学和天体物理调查委员会（AASC）及时规划建造毫米波天线阵，作为国家级天文观测机构，这是射电天文学领域中最优先考虑的新设备。可是，此设备至少得花十年时间才能建成。而尤为重要的是目前还供有尚敷应用的毫米波和亚毫米波望远镜，这些望远镜或者已开始工作，或者正在建造中。这些设备在今后十年中对科学技术会起推进作用，并用作将来使用MMA的那些青年科学家训练基础的工具。

射电天文学中一项最振奋人心的进展是射电望远镜的角分辨率得到特别大的改善，比在其他波段工作的空中或地面的望远镜超出几个数量级。这是可能达到的，因为无线电波未使大气层发生畸变，而畸变会使地面光学望远镜的分辨率仅略高于1角秒。在无线电波段，采用干涉方法可达到高分辨率，其有效分辨率相应于天线阵列天线间的跨距，而不是它们的单个尺寸，为了对非连续孔径天线阵以及地球大气层的一些效应作校正，已发展了高级的技术和算法，以致得到十分精细的射电图像。

世界上最高效和最富有观测成果的射电望远镜是建在新墨西哥州的由27个天线部件组成的甚大天线阵（VLA）。这组设备按预算计划在七十年代准时建成，而今每年有五百多位天文学家用它来对天体物理问题进行广泛的研究。这组甚大天线阵在转速、灵敏度、分辨率、像的尺寸和质量、观测频率范围等方面都超过预定的技术指标，而且在频测范围可同时进行测量o可是，在过去十年里，还不能提供这组高级而具有科学价值的设备所需要的用于整修和改进其技术指标的装置。

AASC建议，今后十多年里对这组VLA的用了15~20年的仪器，要用现代技术加以整新，这样将使其灵敏度提高一个数量级，并扩大频谱范围，提高频谱分辨率。AASC还建议此VLA要扩建四个新天线部件，以提高其在一宽频范围内的分辨率、成像能力和表面亮度。

甚长基线干涉仪

天线阵的孔径若超过几十公里，其各天线直接相连就是不现实的了。1982年AASC建议，目前正在建造的甚长基线天线阵（VLBA），作为地面天文学所用的最优先考虑的一组新的主望远镜。但由于每年所拨经费大大低于原先的计划数，故建造时间便要从四年延长至近十年。

VLBA将使用磁带记录器和一些独立的氢脉泽频率基准器取代天线阵的10个天线部件之间直接的物理连接装置。这十具天线散布在从维尔京群岛到夏威夷之间的广大区域内，它们均受控于设在新墨西哥州索科洛的VLA-VLBA联合操纵中心，在那里从每个天线部件来的磁带同时播放，并对其加以分析而成像。在所有天文设备中，VLBA将具有最高的角分辨率。它将用来对激扰星系核、类星体、星际物质和射电恒星作高分辨的研究；还将用于直接测定通过银河系到邻近星系的距离；对大地测量学和地球物理学也有各种应用。

我们可以通过把干涉仪的基线伸展到空中的方式进一步提高其分辨率。（美国）国家航空和航天局（NASA）的跟踪数据中继卫星系统中的一颗通信卫星，用来使一些地面射电望远镜合时，以证明空中甚长基线干涉仪的可行性，其基线长度大于地球直径的两倍。苏联和日本计划在九十年代中期发射VLBI专用的卫星，以获得类星体、激扰星系核和星际物质的高分辨像。而AASC建议要支持美国的天文学家参与这些奇特的测试实验。

欧洲、苏联、日本和美国的射电天文学家们商讨了有关新一代空中VLBI的任务、国际VLBI卫星（IVS）的问题，打算用苏联的高功銮飞船发射一具25米等级的天线至20000~150000公里的高度。IVS的工作波长将降至3毫米，它将使灵敏度、像的分辨率进一步提到更高的数量级。这是苏联和日本打算于九十年代中期达到的目标，但这项耗费甚巨的任务的完成，需要有许多国家在财力上的合作。

要特别说一下的是，因为大气对于无线电波几乎是透明的，所以可把射电望远镜建在地面上，这样建造和工作的花费都比在空中的节省得多、而且易于采用新技术。除非在很长波长处（对此大气电离层变得不透明），或者对于一些诸如上述空中甚长基线干涉仪那样的特殊测试设备，就不必把射电望远镜极困难且高耗费地置于地球周围的空间里，故而射电天文学基本上是作为一门地面科学发展起来的。因此，在无线电波段的天文学研究总经费与在任何其他波段的经费相比格外的小，尽管射电望远镜接收的波长范围与紫外光、可见光和红外光组成的波段相差不多。所以说，着力于对地面射电测试设备的研究和建造，是利于天文学和天体物理发展而又比较经济的一种手段。

[Physics Today，1991年4月］