射电望远镜可以汇聚射电波,这是很显然的。射电望远镜可以汇聚可见光么?可以想象,那些金属网做反射面,一眼可以望过去的射电望远镜对可见光的汇聚必然很糟糕,但是那些用金属板作反射面的射电望远镜呢?
讨论这个问题有一个方便的公式——鲁兹(Ruze)公式。这个公式描述了一台表面精度为
的望远镜对波长
的电磁波的增益G(epsilon)。具体方程如下
其中
是理想、无误差的反射面的增益,后面的指数因子是由于表面误差造成的增益下降。对于一台表面精度为2毫米的射电望远镜,在可见光波段,增益下降到大约
,几乎是0。所以可以认为射电望远镜对可见光没有汇聚作用。从而也不用担心射电望远镜会成为一个太阳灶。
2012年4月25日补记:陈学雷老师指出,Ruze公式只对波动光学适用。在Ruze公式算出的效率非常低时(上述就是这种情况),需考虑几何光学的情况。这个情况我还没想明白。等我想明白了再来写。
后记:
对于不同波段的电磁波而言,表面精度的含义是不同的。对于射电波而言,反射面表面精度主要由面板单元的拼接误差主导,而对于可见光来说,拼接误差不一定作为表面精度。
按陈老师指出的,使用抛光铝板(表面精度可达到2微米),每个单元就相当于一面镜子,在拼接有误差的情况下,形成的反射面对可见光仍然有汇聚作用。可以联想关于阿基米德用镜子烧毁敌军船帆的传说(当然,这是值得怀疑的)。
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