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  • 1 # 工學腦洞

    人類對自然的認識過程就是一個見微知著的過程。這其中的“微”,不僅僅意味著空間尺度的微小(如觀察原子、細胞等),更意味著時間尺度的微小(飛秒等),而這往往帶來了極高的速度。

    為了弄清這一類高速現象的本質,首先需要對其進行捕捉,基於此,人類開發了各種各樣的高速測量裝置,對於以光速運動的自然閃電的捕捉記錄更不在話下,下面將進行具體介紹。

    射電望遠鏡記錄閃電

    射電望遠鏡是一種專用的天線和無線電接收器,用於接收來自天空中天文無線電源的無線電波。

    圖 射電望遠鏡 攝於美國

    射電望遠鏡是射電天文學中使用的主要觀測儀器,它研究天文物體發射的電磁頻譜的射頻部分,就像光學望遠鏡是傳統光學天文學中用於研究光譜的光波部分的主要觀測儀器一樣。射電望遠鏡通常是一種大型拋物面(“碟形”)天線,結構上類似於衛星與太空探測器之間進行通訊的天線。射電望遠鏡可以單獨使用或以陣列電子方式連線在一起。與光學望遠鏡不同的是,射電望遠鏡可以進行全天使用。由於行星,恆星,星雲和星系等天文無線電源非常遙遠,來自它們的無線電波非常弱,因此射電望遠鏡需要非常大的天線和極高靈敏的接收裝置來收集足夠的無線電能量來研究這些星體。

    世界上第一臺專用射電望遠鏡是一個9米長的拋物面天線,由無線電愛好者格羅特雷伯於1937年在伊利諾伊州惠頓的後院建造。格羅特雷伯用此射電望遠鏡做的星空調查通常被認為是射電天文學領域的開端。

    圖 射電望遠鏡的光學原理

    正是由於射電望遠鏡的極高靈敏度,科學家也嘗試用其進行自然閃電的捕捉,而這一行為不僅成功捕捉到閃電,更在世界範圍內首次獲得了閃電形成中前所未有的細節。該成果由格羅寧根大學(University of Groningen)的科研團隊使用 LOFAR 射電望遠鏡觀測得到,所有成果發表在雜誌《Nature》上【1】。

    飛秒技術捕捉閃電

    飛秒是一種時間單位,相當於千萬億分之一秒。利用飛秒技術的探測器,速度之高甚至可以捕捉光的運動:

    圖 飛秒技術記錄光運動

    因此,利用飛秒探測器裝置同樣可以記錄閃電的過程。

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