科学家为何执着于射电望远镜?
当前人们探知宇宙天体信息的渠道主要有四种：电磁辐射、宇宙线、中微子和引力波。其中，电磁辐射是最为古老也最为主要的探测手段，望远镜便是我们认识广袤宇宙的至关重要的仪器。我们知道，电磁波远不限于可见光，然而并非所有波段的电磁波都能到达地球表面，地球大气阻挡了来自宇宙空间的大部分电磁辐射，仅可见光和一部分红外线以及射电波段的电磁辐射能到达地球表面，光学和射电这两个大气透明窗口便成为了天文学观测的重要波段。
人们对于可见光波段的观测历史悠久，17世纪初，伽利略首次将望远镜伸向星空。20世纪30年代，无线电工程师偶然发现了宇宙中的射电信号，此后，射电天文学逐渐发展起来。20世纪60年代，天文学观测中极为重要的“四大发现”：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子，都与射电望远镜有关。可以说，射电望远镜在当今天文学的研究中至关重要。
(1)
天文望远镜最主要的参数是望远镜的口径，望远镜的口径决定了望远镜的极限角分辨率和集光能力。
极限角分辨率说的是仪器能分辨的最小细节的能力。点光源经过光学仪器后，由于衍射的影响，所成的像不是一个点，而是一个明暗相间的圆形光斑，即艾里斑。当一个艾里斑的中心与另一个艾里斑的第一级暗环重合时，刚好能分辨出两个像，由此给出光学仪器的最小分辨角。望远镜的极限角分辨率由瑞利判据给出，仪器的最小分辨角与仪器口径成反比，与观测波长成正比，即口径越大，极限角分辨率越高，对于相同的角分辨率要求，观测波长越长，则对仪器的口径要求越大。同时，由于受到大气湍流等因素影响，大口径望远镜的实际分辨率常小于其极限分辨率。中国天眼的射电波段波长约为光学波段波长的上百万倍，因此我们需要将射电望远镜建造的如此之巨大。
除提高分辨能力外，望远镜的另一个作用便是增加聚光，即增加我们能接收到的光子总数，体现了望远镜的灵敏度。望远镜聚光的能力称为望远镜的集光能力。望远镜的集光能力与口径的平方成正比，与望远镜的焦距无关。因此，为观测宇宙深处的微弱信号，也要求建造超大口径的望远镜。
(2)
“中国天眼”于2016年9月落成启用，截至目前已发现脉冲星300余颗。搜寻和发现脉冲星是“中国天眼”的核心科学目标，包括银河系内脉冲星的探寻，以及对仙女座大星系(距银河系最近的河外星系)进行跟踪观测，以期捕获银河系外的第一颗脉冲星。
“中国天眼”还以其超高的灵敏度优势，通过盲搜发现了来自宇宙深处的快速射电暴新源。该源展现出极为罕见的三峰结构。根据其高色散量估算，该信号可能来自距地球约百亿光年的宇宙深处。快速射电暴是一种持续仅数毫秒的未知射电暴发现象，当前人们对其了解还极其有限，对于其如何产生、究竟在哪发生都知之甚少。“中国天眼”的高灵敏度特性有望捕捉到更多的快速射电暴，探测到快速射电暴的更多细节信息，揭开快速射电暴的来源之谜。
此外，“中国天眼”承担的主要科学任务还包括：巡视宇宙中性氢，天体超精细结构研究，星际分子探测及搜索可能的星际通信信号。随着曾经“世界第一”的美国阿雷西博望远镜在去年发生坍塌，“中国天眼”已经成为全球唯一的超大型射电望远镜。“中国天眼”面向全球科学界开放申请，向世界表明了中国开放包容的大国姿态。在探索未知宇宙的道路上，只有充分汇集各方智慧，精诚合作，取长补短，才能让这只巨大的天眼发挥出更加强大的威力。
(摘编自2021年4月10日《科普时报》之《“中国天眼”向全世界邀约：一起观宇宙》)
材料二：
“巡天遥看一千河。”日前，中国国家天文台研究团队正式发布了利用中国天眼观测到的新发现的201颗脉冲星，为人类的脉冲星谱系织就了一张更精准的定位网。
中国新发现的脉冲星种类齐全，有些发现将人类对脉冲星的认识和研究推向了一个全新领域。借着这些新发现，我们对银河系的电子分布、脉冲星三维速度与自转轴共线等困扰科学界多年的问题有了“中国高度”“中国深度”的研究，甚至借助长期的监测，有可能对人类的重大科学问题，诸如天体辐射、引力理论检验等学科前沿具有重要的推进作用，有望在这些领域发出更强大的“中国声音”“中国波段”。
中国天眼不仅回答“人类”的科学问题，还回答着国家的科技发展战略问题。比如，中国天眼、月球火星探测、太阳系其他行星及小行星探测等等“深空”探测，放眼的是无尽的深邃时空，着眼的却是未来国家科技高地。
我们知道，“深空”探测面对着距离遥远、飞行时间长、数据传输速率有限、深空环境复杂等一系列问题，需要一系列关键技术的支撑，如测控通信技术、自主导航与控制技术、核电源技术、先进推进技术和载荷技术等。这些技术是未来科技的“母体”，会带动着相关领域科技的长足进步。这些支撑和进步，既是一个国家未来发展的动能，也是占据科技制高点、应对激烈竞争的利器。
(摘编自2021年5月20日《长江日报》之《中国天眼：放眼的是深空，着眼的是未来》)
1．根据材料内容，下列关于“中国天眼”的说法不正确的一项是( )
A．“中国天眼”是目前全球唯一的具有极高极限角分辨率和极强集光能力，用来进行天文观测的超大型射电望远镜。
B．“中国天眼”正在对距离我们最近的河外星系仙女座进行跟踪观测，目的在于发现第一颗银河系外的脉冲星。
C．“中国天眼”开创性地发现了来自宇宙深处的快速射电暴，并将持续发现更多细节信息，以期揭开其来源之谜。
D．“中国天眼”在对星空的搜寻和发现中，不断地回答着“人类”的科学问题，并且着眼的是未来国家科技高地。
2．下列对材料相关内容的理解和分析，不正确的一项是( )
A．人类在很久以前就会观测可见光波段，用光学望远镜观测浩瀚的星空则是从17世纪初伽利略开始的。
B．宇宙中射电信号的发现使得射电天文学逐步发展起来，并引发了天文学研究中一系列重要的发现。
C．望远镜的口径决定了望远镜的极限角分辨率和集光能力，口径越大，极限角的分辨率越高，观测波长越短。
D．“天眼”目前正在搜索可能的星际通信信号，一旦这样的信号被发现，则说明宇宙中可能存在其他智慧生命。
3．根据材料内容，下列各项中不能体现“天眼”使命范畴的一项是( )
A．2021年中国天眼科普基地联手教育机构研发系列探究性课程，以中小学生为主体的“中国天眼”研学旅行成为热门。
B．中国“天眼”可以绘制非常精准的星系图，如果能够发现宇宙的边缘，那么整个宇宙的精确大小都能测绘出来。
C．“天眼”建设之初，即确立了“中国天眼”将按国际惯例逐步开放的原则，为全人类探索和认识宇宙作出贡献。
D．天眼的建立对我国卫星的发射、升空入轨的安全有着很重要的意义，并进一步加速了中国遥感卫星的发展步伐。
4．请在材料一两处横线上各用一个疑问句添加小标题，每处不超过15个字。
5．两则材料都提到了脉冲星，但是侧重点不同，结合材料分析这样处理的意图分别是什么。
答
1．C.“‘中国天眼’开创性地发现了来自宇宙深处的快速射电暴”错误，根据文中“通过盲搜发现了来自宇宙深处的快速射电暴新源”，“当前人们对其（快速射电暴）了解还极其有限，对于其如何产生、究竟在哪发生都知之甚少”，可知中国天眼并非“开创性”地发现了宇宙深处的快速射电暴。
故选C。
2．C.“观测波长越短”错误，根据文中“口径越大，极限角分辨率越高，对于相同的角分辨率要求，观测波长越长”，可知此处条件下，观测波长应该是“越长”。
故选C。
3．A 根据两则材料，“天眼”的使命指“天眼”在未来国家科技发展中发挥的重要作用。根据材料二“日前，中国国家天文台研究团队正式发布了利用中国天眼观测到的新发现的201颗脉冲星，为人类的脉冲星谱系织就了一张更精准的定位网”，可见“天眼”强大的定位测绘功能，故可知B项属于“天眼”的使命范畴。
根据材料一中国天眼“面向全球科学界开放申请，向世界表明了中国开放包容的大国姿态”，可见“天眼”将为全人类探索宇宙做出贡献，故可知C项属于“天眼”的使命范畴。
根据材料二“中国天眼不仅回答‘人类’的科学问题，还回答着国家的科技发展战略问题。比如，中国天眼、月球火星探测、太阳系其他行星及小行星探测等等‘深空’探测”，可见“天眼”对航天航空等科学领域的推动，故可知D项属于“天眼”的使命范畴。
A.“天眼”催生的学生研学旅行天眼的热潮，不属于天眼在未来国家科技发展中发挥的重要作用，并非其使命范畴。
4．(1)射电望远镜为何如此巨大？(2)“中国天眼”有哪些威力？
5．①材料一中提到脉冲星强调其多，是为了说明“天眼”拥有巨大威力。②材料二中提到脉冲星强调其种类齐全，是为了强调我们的研究具有“中国高度”甚至可以发出更强大的“中国声音”。③两则材料的体裁不同。材料一是科普文章，重在普及知识；材料二是日报时评，重在增强自信。
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