一、射電望遠鏡的前世今生
射電望遠鏡自誕生以來，不斷發展壯大。1931 年，央斯基發現銀河系中的射電輻射，標誌著射電天文學的誕生。此後，各國不斷建造更大口徑、更先進的射電望遠鏡。
（一）發展歷程中的重要裏程碑
從央斯基的 「旋轉木馬」 射電望遠鏡，到英國的 Lovell 76m 全可動拋物面射電望遠鏡，再到如今的中國 FAST，射電望遠鏡的發展歷程充滿了創新與突破。
央斯基的 「旋轉木馬」 射電望遠鏡開啟了射電天文學的新紀元，其獨特的設計為後來的研究奠定了基礎。1957 年英國建造的 Lovell 76m 全可動拋物面射電望遠鏡在當時引起了轟動，它的出現標誌著射電望遠鏡在口徑和可動性方面取得了重大進展。此後，各國紛紛投入到射電望遠鏡的建設中。
20 世紀 60 年代，射電天文學取得了重大突破，眾多著名的射電望遠鏡相繼建成。例如，美國國立射電天文台的 42.7m 射電望遠鏡和 91m 射電望遠鏡，以及澳洲的 Parkes 64m 射電望遠鏡等。這些望遠鏡在觀測天體射電訊號方面發揮了重要作用，為人類對宇宙的認識提供了豐富的數據。
進入 21 世紀，中國的 FAST 成為了世界矚目的焦點。FAST 的建成標誌著中國在射電天文學領域取得了重大突破，其 500 米口徑的巨大規模使其成為世界上最大的單口徑射電望遠鏡。FAST 的建設不僅體現了中國在科技領域的實力，也為全球天文學研究提供了強大的工具。
（二）世界著名射電望遠鏡盤點
包括美國的阿雷西博射電望遠鏡、德國的埃菲爾斯伯格射電望遠鏡、澳洲的帕克斯射電望遠鏡等，以及中國的天馬射電望遠鏡、奇台望遠鏡和 FAST 等，這些著名的射電望遠鏡在天文學研究中發揮著重要作用。
美國的阿雷西博射電望遠鏡曾是世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡，其反射面口徑為 350 米。它在天文學研究中發揮了重要作用，曾出現在 「007」 系列電影中。然而，不幸的是，該望遠鏡在去年已經退役。德國的埃菲爾斯伯格射電望遠鏡是世界上最大的全可動射電望遠鏡之一，其拋物面直徑 100 米。它在射電星系、活動星系核、星際分子等方面的觀測中收獲頗豐。澳洲的帕克斯射電望遠鏡是南半球第二大望遠鏡，也是世界上最早的大型活動碟式望遠鏡之一。它曾用於接收 「阿波羅 11 號」 登月直播電視影像，科學貢獻巨大。
中國的天馬射電望遠鏡是國內領先、亞洲最大、國際先進的 65 米口徑全方位可動的大型射電天文望遠鏡系統。它在天文及航天領域中有眾多基礎科學研究及套用，對未來 10 年的射電天文帶來新的觀測能力。奇台望遠鏡計劃在 2023 年 12 月完成主體工程建設任務，建成後將成為世界最大口徑全向可動射電望遠鏡，為中國和國際天文學界提供獨一無二的天文觀測器材。FAST 作為世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡，具有體型大、精度高、視野廣等優勢，在中性氫探測、脈沖星接收等方面取得了顯著成果，有望在未來為人類探索宇宙奧秘提供更多的重要發現。
二、射電望遠鏡的工作原理
（一）訊號收集與處理過程
射電望遠鏡的工作過程猶如一場精妙的宇宙訊號接力賽。天體投射來的射電波如同宇宙中的神秘使者，首先被射電望遠鏡的巨大天線，也就是通俗所說的 「鍋」 接收。這個天線通常采用旋轉拋物面的設計，因為這種形狀易於實作同相聚焦，能高效地將來自宇宙各處的射電波反射到副反射面上。以中國的 FAST 為例，其 500 米口徑的巨大拋物面天線，能夠收集到大量微弱的射電訊號。這些訊號被反射後，同相到達公共焦點。在焦點處，射頻訊號的功率首先被放大 10～1000 倍，同時變換成較低頻率（中頻）。就像一個訊號中轉站，將宇宙傳來的原始訊號進行初步加工。接著，透過電纜將中頻訊號傳送至控制室。在控制室內，訊號再次被進一步放大、檢波。這裏的檢波過程就如同從嘈雜的背景音中篩選出特定的旋律，將有用的射電訊號從雜訊中分離出來。最後，以適於特定研究的方式進行記錄、處理和顯示。終端器材把訊號記錄下來，並按特定的要求進行某些處理然後顯示出來，為天文學家提供了研究宇宙的寶貴數據。
（二）效能指標的重要性
靈敏度和分辨率是射電望遠鏡的關鍵效能指標，它們如同開啟宇宙奧秘之門的兩把鑰匙。靈敏度決定了射電望遠鏡對微弱訊號的觀測能力，是指射電望遠鏡在工作中所能測到的最小能量值，這個值越低靈敏度越高。例如，一些先進的射電望遠鏡透過降低接收機本身的固有雜訊、增大天線接收面積、延長觀測積分時間等方法來提高靈敏度。以目前世界最大的單口徑射電望遠鏡 FAST 為例，其靈敏度極高，能夠探測到極其微弱的射電訊號。這使得我們能夠觀測到距離地球極其遙遠、輻射強度很弱的天體，為研究宇宙的演化和結構提供了重要線索。分辨率則反映了射電望遠鏡區分兩個靠近射電源的能力。由於無線電波的波長要遠遠大於可見光的波長，因此射電望遠鏡的分辨本領遠遠低於相同口徑的光學望遠鏡。但是，透過增大射電望遠鏡的口徑、運用幹涉儀的原理建設陣列射電望遠鏡或者接收更短波長的無線電波等方法，可以提高射電望遠鏡的分辨率。高靈敏度和高分辨率的射電望遠鏡能讓我們更清晰地觀測宇宙天體，就像擁有了一雙能夠穿透宇宙迷霧的慧眼。它們可以幫助我們區分宇宙中彼此靠近的射電點源，探測微弱的射電源，揭示宇宙中那些隱藏在黑暗中的奧秘，為人類探索宇宙的起源、演化和結構提供強大的工具。
三、射電望遠鏡在天文學中的作用
（一）重大天文學發現
射電望遠鏡自發明以來，為天文學帶來了許多重大發現。其中，小行星成像方面，1989 年阿雷西博望遠鏡發現了小行星 「4769 卡斯塔利亞」，並利用雷達成像技術建立了其三維模型。現代射電望遠鏡可以獲得更多成像細節，多台望遠鏡協同觀測能得到比單台望遠鏡多得多的資訊。
在脈沖星的發現上，1974 年羅素赫爾斯和約瑟夫泰勒利用射電望遠鏡發現了脈沖星，雙星脈沖星是附近有白矮星或中子星圍繞脈沖星執行的天體，毫秒脈沖星則是自轉周期非常快的中子星。天文學家正把遍布銀河系的脈沖星當作巨大科學儀器，用來直接探測愛因斯坦廣義相對論預言的重力波。
系外行星的發現也得益於射電望遠鏡。1992 年 1 月 9 日，天文學家艾力斯沃爾茲森和戴爾佛瑞爾在波多黎各的阿雷西博天文台發現了系外行星，它們圍繞著一顆名為 PSR 1257+12 的脈沖星執行，這些系外行星大約是地球的四倍大，其圍繞脈沖星的分布比例與水星、金星和地球圍繞太陽的分布比例非常相似。
哥頓佩滕吉爾利用阿雷西博望遠鏡提出了關於水星旋轉的理論，確定水星的真正公轉周期是 59 天，糾正了此前人們認為的 88 個地球日的公轉周期。
21 厘米氫線是由愛德華珀塞爾和哈羅德伊雲在 1951 年發現並觀測到的，射電天文學家利用這條氫線確定銀河系中的中性氫的位置，使銀河系的螺旋結構得以出版。
（二）未來的套用前景
射電望遠鏡在未來有著廣闊的套用前景。觀測脈沖星可以為宇宙飛船指明方向，脈沖星穩定的自轉周期使其成為宇宙中的天然 「燈塔」。例如，中國的 「中國天眼」 FAST 已經發現了超過 740 顆脈沖星，未來有望為宇宙飛船的星際航行提供精確的導航。
射電望遠鏡還可用於搜尋星際通訊訊號，尋找地外文明。如平塘天眼 500 米口徑球面射電望遠鏡可用於搜尋辨識可能的星際通訊訊號，尋找地外文明。中國天眼作為目前世界上最大的單口徑可動射電望遠鏡，具備精確測量和分析射電訊號的能力，讓科學家們可以更好地尋找外星訊號。透過對射電訊號的分析和比對，科學家能夠確定是否存在外星生命的存在。
此外，射電望遠鏡可以巡視宇宙中的中性氫，為探索宇宙起源和演化提供重要依據。500 米口徑球面射電望遠鏡作為一個多學科基礎研究平台，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質和暗能量，尋找第一代天體。研究極端狀態下的物質結構與物理規律，發現奇異星和誇克星物質，發現中子星 —— 黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質素；透過精確測定脈沖星到達時間來檢測重力波；作為最大的台站加入國際甚長基線網，為天體超精細結構成像；還可能發現高紅移的巨脈澤星系，實作銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破。
四、未來射電望遠鏡的發展趨勢
隨著科學技術的不斷進步，射電望遠鏡的觀測靈敏度和空間分辨率將會得到進一步提升。
（一）技術創新帶來的突破
平方公裏陣列射電望遠鏡（SKA）作為全球最大規模綜合口徑射電望遠鏡專案，被英國廣播公司稱為 「21 世紀最偉大的科學專案之一」。SKA 由位於澳洲的低頻陣列和位於南非的中頻陣列兩部份組成，因接收總面積約 「1 平方公裏」 而得名。SKA 的建設於 2021 年 7 月啟動，計劃到 2028 年完成第一階段，屆時將達到總規模的 10%。SKA 由約 2500 面直徑 15 米的碟形天線、250 個直徑約 60 米的致密孔徑陣列和 130 萬個對數周期天線組成的稀疏孔徑陣列構成，覆蓋 50MHz 至 20GHz 的頻率範圍。這個射電望遠鏡陣列的等效接收面積達到平方公裏級別，建成後將用於解決天體物理學中的重大問題，比如對愛因斯坦所提理論進行精確測試，甚至搜尋外星球生物。
中國天馬射電望遠鏡作為國內領先、亞洲最大、國際先進的 65 米口徑全方位可動的大型射電天文望遠鏡系統，在天文及航天領域中有眾多基礎科學研究及套用，對未來 10 年的射電天文帶來新的觀測能力。這些重要射電望遠鏡專案的建設，將推動動態宇宙研究等前沿科學問題的解決。例如，SKA 能夠探測到宇宙大爆炸之後第一代恒星和星系形成時發出的電磁波、揭示磁場在恒星和星系演化過程中的作用、探測暗能量產生的種種效應。
（二）市場前景與套用領域的拓展
根據貝哲斯咨詢對射電望遠鏡市場數據研究表明，2023 年全球射電望遠鏡市場規模達到了一定規模，中國射電望遠鏡市場規模也達到了相應規模。針對預測年間射電望遠鏡市場的發展趨勢，貝哲斯咨詢預測，全球射電望遠鏡市場容量將以一定的年復合增速增長到 2029 年達到更高規模。
從產品類別分類，射電望遠鏡行業可細分為不連續孔徑射電望遠鏡和連續孔徑射電望遠鏡。以終端套用分類，射電望遠鏡可套用於專業研究、業余天文愛好、其他等領域。隨著人們對宇宙探索的興趣不斷增加，業余天文愛好市場也在逐漸擴大。越來越多的天文愛好者開始關註射電望遠鏡，推動了射電望遠鏡在業余天文愛好領域的套用。同時，在專業研究領域，射電望遠鏡的重要性不言而喻。它為天體物理學、宇宙學等領域的研究提供了強大的工具，幫助科學家們更好地理解宇宙的起源、演化和結構。未來，射電望遠鏡的套用領域還將不斷拓展，為人類探索宇宙奧秘提供更多的可能性。
