为了加快发现和探索宇宙的速度，一个由天文学家和工程师组成的多机构小组开发了一种新改进的非传统无线电-天文学成像系统，称为相控阵(PAF)。这种非凡的仪器可以测量天空的大片区域，并能以无与伦比的效率产生天文物体的多重视图。这款新的PAF设计看起来像一个照相机或其他传统的成像技术，如光学望远镜的ccd或者射电望远镜的单接收器，它就像一个微型的树状天线，在一米宽的金属板上均匀地排列着。当安装在单碟射电望远镜上时，专业的计算机和信号处理器能够将天线之间的信号结合起来，形成一个虚拟的多像素摄像头。
由NRAO CDL开发的19元相控阵馈电。图片：NRAO/AUI/NSF
这类仪器在天文学研究的许多重要领域中特别有用，包括研究我们的星系的氢气，以及寻找快速的无线电波。多年来，其他射电天文研究机构已经开发了相控阵接收机设计。然而大多数人并没有达到与传统的无线电接收器设计相抗衡的效率，这一设计将一个信号从一个地方传送到另一个地方。新PAF的价值在于，它可以形成多个视图(或射电天文学术语中的“光束”)，其效率与经典接收器相同，可以更快地扫描多个天文目标。这个新开发的系统帮助PAF技术从一个奇怪的领域研究到一个高效，多用途探索宇宙的工具。
使用这项新设计的国家科学基金会的绿色银行望远镜(GBT)的委托观测表明，该仪器达到并超过了所有测试目标。它还实现了最低的工作噪音温度——这是一个通常令人烦恼的问题，可以清楚地看到任何相控阵接收机的天空。这一里程碑对于将技术从实验设计转移到完全成熟的观测仪器至关重要。研究结果发表在《天文学杂志》上。时相控阵接收技术目前操作或在开发中，新设计显然提高了标准，给出了天文学社区一个新的、更快速的方式进行大规模研究调查。新PAF是由一个机构联盟设计的：NRAO的中央开发实验室、绿色银行天文台和杨百翰大学。
信息图演示了新设计相控阵馈电接收机的布局，该接收器在绿色银行望远镜上进行了测试。图片：NRAO/AUI/NSF; S. Dangello
参与设计、建造和最终验证这个卓越系统的协同工作确实令人震惊，它突出了一个事实，即新的和新兴的射电天文学技术可以对研究产生巨大的影响。新的PAF设计由19个偶极天线组成，无线电接收器类似于没有覆盖的微型伞。偶极子的意思是“两极”，是最基本的天线类型。它的长度决定了无线电的频率或波长——它能够接收。在PAF无线电系统中，信号的强度可以在阵列的表面变化。通过计算每个天线接收信号的方式，系统产生了所谓的“点扩散函数”——本质上是一个集中在一个区域的点的模式。
PAF的计算机和信号处理器一次可以计算7个点扩散函数，使接收器能够合成7个单独的光束。新设计还允许这些区域重叠，从而对被调查的空间区域形成更全面的观点。NRAO的中央开发实验室的PAF小组负责人Bill Shillue说：这个项目汇集了一种最先进的、低噪音的接收机设计、下一代多通道数字无线电技术，以及先进的相控阵建模和波束形成。通过对脉冲星B0329+54和玫瑰星云的GBT观测，证实了接收器的天文价值。玫瑰星云是银河系中充满电离氢气体的恒星形成区域。额外的开发和计算能力可以使同样的设计在天空中产生更多的光束，极大地扩展了它的效用。
博科园-科学科普｜参考期刊：天文学报｜来自：国家射电天文台
