浩瀚宇宙里其实一直飘着各种 “悄悄话”？

这些来自深空的信号，藏着宇宙起源、天体演化的秘密。

如今，随着射电接收机技术进步，咱们人类终于能慢慢听清这些 “悄悄话” 了。

射电接收机：宇宙信号的 “超级翻译官”

大家都知道，射电望远镜是探索宇宙的重要工具，像个巨大的 “耳朵” 捕捉遥远宇宙的电磁波。

而接收机，就是这个 “耳朵” 里最关键的部分，好比一位精通多国语言的 “超级翻译官”。

中国科学院新疆天文台南山观测站的 26 米射电望远镜，从 1993 年底就开始工作了。

这么多年来，它一直在拆解宇宙里各式各样的 “信号包裹”。

这台望远镜的接收机，由喇叭馈源、正交模耦合器、低噪声放大器等器件组成。

这些器件配合起来，把原始射电信号放大、滤波、变频，最后变成科学家能分析的信号。

这个过程其实很好理解，就像用手机录演唱会声音。

你站在离舞台 800 米远的地方，想录清歌手声音，得先用高灵敏度麦克风增强音量，这对应接收机的放大功能；

再开 “人声增强” 过滤风声、车鸣，这是滤波；

接着把歌声降到手机能处理的音调，这是变频；

最后保存修复生成高清音频，就像接收机把信号传到数字终端，再由科研人员后续处理。

接收机技术：决定望远镜 “听力” 的关键

射电望远镜能不能听清宇宙 “悄悄话”，关键看探测灵敏度。

这个灵敏度，不光和望远镜反射面口径有关，还和接收机密切相关。

“中国天眼” FAST 大家都熟悉，它是世界最大的射电望远镜。

到现在，FAST 已经发现了 800 多颗新脉冲星，比同一时期国际上其他望远镜发现的总数还多 3 倍以上。

FAST 能有这么好的成绩，除了巨大的反射面，接收机技术也立了大功。

FAST 团队攻克了相位阵接收机系统等多项世界级难题，保证了望远镜在贵州野外气候下能全天候、高精度运行。

再看智利阿塔卡马沙漠的 ALMA 望远镜。

为了提高毫米波 / 亚毫米波频段的灵敏度，它用了液氮冷却的接收机，把噪声温度控制在 10K 左右（1K 约等于 - 272.15℃）。

和常温接收机（50K）比，它的灵敏度提高了 30% 以上。

也正因如此，ALMA 才能探测到原行星盘这类暗弱信号。

接收机家族：单波束、多波束、相控阵各有本领

射电接收机家族里，有单波束、多波束、相控阵三位 “主力”，它们各有各的本事。

单波束接收机就像狙击手，一次只能锁定一个方向的目标。

它的优点是结构简单、成本低，但覆盖面小。

要是想观察临近天区的新目标，就得调转望远镜方向，不太方便。

多波束接收机不一样，能同时伸出 N 条 “电子触手”，监听邻近的多个天区。

相当于把多个单波束接收机合在一起，观测效率提高不少。

不过它也有缺点，多个馈源有物理间隔，导致观测的天区不连续，而且波形固定、灵活性有限。

相控阵接收机是家族里的 “高科技担当”。

它靠上百个微型天线单元协同工作，用波束形成算法让合成的多个波束紧密相连，实现邻近天区连续覆盖，观测效率更高。

而且它还能动态调整波束，实现反射面面型修正、抗干扰等功能。

不过目前相控阵接收机有局限，主要应用在 0.7-1.8GHz 频段，对其他频段信号的处理能力还需提升。

中国接收机技术的新突破

咱们中国的科研团队，在射电接收机技术上也有不少新突破。

中国科学院上海天文台自主研发的新一代数字接收机，已经成功装在了澳大利亚西澳州默奇森射电天文观测站的 MWA 三期望远镜上。

这款新型接收机性能很出色，采样位宽从 8 位提升到 12 位，量化噪声大幅降低，灵敏度提高了不少。

它还优化了模拟放大器和数字滤波器设计，输入动态范围增加到 60dB，输出通道内频率响应波动只有 0.005dB。

MWA 望远镜负责人说，这个新型接收机对实现 MWA 三期建设的科学目标特别重要。

另外，我国科研团队还构建了国际首个月球轨道 VLBI 系统 LOVEX。

LOVEX 利用嫦娥七号鹊桥二号中继星平台，建立了月地基线空间 VLBI 网。

系统里的 X 波段低温接收机等设备发挥了大作用，成功检测到天体射电辐射和航天器信号在月 - 地基线的干涉条纹，为超高分辨率射电天文学和精确航天器跟踪开辟了新方向。

未来：听得更清，探得更深

随着科技发展，射电接收机的性能会越来越强。

未来，相控阵接收机、超宽带接收机等先进技术，可能会在大型射电望远镜上更广泛应用。

到那时候，咱们人类就能更清晰地听宇宙 “悄悄话”，更深入探索宇宙起源、地外生命这些科学命题。

说不定哪天，真能通过这些信号发现其他智慧生命呢！

希望大家看完能对宇宙探索多些兴趣，也期待中国科研团队在射电天文学领域取得更多好成绩！

文章/花开富贵

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