亚洲国产综合精品一区,综合伊人久久在,久久高清内射无套,天堂√在线中文官网在线,亚洲—本道中文字幕东京热,亚洲高清专区日韩精品,超碰免费公开,国内免费久久久久久久久
歡迎訪問深圳市中小企業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)電子信息窗口

電磁波,看見宇宙的“眼睛”

2025-07-10 來源:新華網(wǎng)
79

關(guān)鍵詞: 電磁波,視覺感知,全頻段觀測(cè),子午工程,觀測(cè)設(shè)備

子午工程——麗江臺(tái)玉龍站光譜成像日冕儀

子午工程——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。

子午工程——威海臺(tái)榮成站米波太陽射電頻譜儀12米口徑天線。

當(dāng)我們仰望星空,究竟是如何“看到”宇宙的?當(dāng)我們俯視大地,又是如何“讀懂”世間萬物的?人類對(duì)世界的感知始于光,但光只是電磁波中的一種。從自然界的動(dòng)物視覺進(jìn)化,到人類高科技觀測(cè)設(shè)備,我們“看”世界的視角,已經(jīng)由可見光波段拓展到電磁波全波段。

人類為什么能“看”

??人類能看到世界,就是因?yàn)殡姶挪ā?/span>

??在地球生命進(jìn)化史上,眼睛的出現(xiàn)是一次劃時(shí)代的事件,意味著動(dòng)物開始利用可見電磁波(光波)來感受、理解世界。通俗地說,我們“感受”電磁波的波長來“理解”顏色,“感受”電磁波的振幅來“理解”明暗。

??視網(wǎng)膜接收外部光源照射物體反射的光,激活我們擁有的三種視錐細(xì)胞,它們分別對(duì)波長564、534和420納米的電磁波最為敏感,可以粗略簡化為紅、綠、藍(lán)三種顏色。當(dāng)我們接收到一種任意波長的光波,三種視錐細(xì)胞以不同程度“響應(yīng)”該波長,這就實(shí)現(xiàn)了類似“編碼”的效果,供大腦后期“解碼”并成像。也就是說,我們看到的“顏色”是一種“錯(cuò)覺”,是我們對(duì)不同波長電磁波的主觀感知,即大腦處理三種視錐信號(hào)后的結(jié)果。

??其他動(dòng)物視錐細(xì)胞的種類和特性與我們不同,貓狗只有二色視覺(兩種視錐細(xì)胞),只能分辨藍(lán)和黃;大多數(shù)鳥類、爬行動(dòng)物擁有四色視覺,它們眼里的世界更加繽紛多彩;而蝦蛄則擁有動(dòng)物界最復(fù)雜的視覺系統(tǒng)之一,每只眼都分為多個(gè)區(qū)域,能獨(dú)立感知影像,擁有多達(dá)12種感光類型,宛如“視覺怪獸”。

??看,在我們還不知道什么是電磁波時(shí),就已經(jīng)開始利用它了。

??人們認(rèn)識(shí)到電磁波的存在是在19世紀(jì)中后期。1864年,麥克斯韋結(jié)合前人成果,預(yù)言了電磁波的存在,揭示了其基本的內(nèi)在規(guī)律;1886年,赫茲用著名的“電火花實(shí)驗(yàn)”證明了電磁波的存在;1896年,馬可尼第一次用電磁波實(shí)現(xiàn)了通信,后續(xù)又于1901年實(shí)現(xiàn)跨洋通信。之后的100多年,是利用電磁波技術(shù)的井噴時(shí)代。從波長最短、頻率最高的伽馬射線,到波長最長、頻率最低的無線電波,電磁波的應(yīng)用越來越廣泛。

??那么,什么是電磁波?通俗而言,電磁波是電場和磁場交替變化、彼此垂直并共同向外傳播的一種波動(dòng)現(xiàn)象。我們可以想象扔一塊石頭到水里,水面濺起向四周傳播的水波,石頭就是激發(fā)電磁波的波源,起伏的水面就是電場或磁場。當(dāng)然這個(gè)比喻并不完善,例如水波只有“水”一種向外擴(kuò)散的“起伏”,電磁波有“電場”和“磁場”兩種相互垂直、均向外擴(kuò)散的“起伏”——相當(dāng)于“上下”起伏的水波身上,同時(shí)原地疊加一個(gè)“左右”起伏的水波,這就是電磁波的奇妙之處——電場與磁場互相垂直,又共同向外傳播。

??更有趣的是,變化的電場會(huì)產(chǎn)生磁場,變化的磁場又反過來激發(fā)電場,它們彼此交替,源源不斷地向遠(yuǎn)方傳播。水波的擴(kuò)散需要水作為介質(zhì),而電磁波傳播無需介質(zhì),能在真空中以光速穿越宇宙,它有波長、頻率、速度、振幅、極化等屬性,不同波長決定了不同的穿透力、能量和用途——比如X射線能穿透人體組織,紅外線攜帶熱量,射電波能穿越塵埃厚幕傳回深空?qǐng)D像。正是這些差異,讓電磁波成為我們探知世界的“多功能工具箱”。

全頻段的“眼睛”,看見光“看不到”的

??我們?nèi)搜鬯姷目梢姽猓徊贿^是整個(gè)電磁波譜中一小段狹窄條帶。正如前文所說,生物的視覺方式,本質(zhì)上都是通過細(xì)胞對(duì)固定波長電磁波的響應(yīng)來進(jìn)行編碼,這就決定了包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的視覺系統(tǒng),對(duì)電磁波的感知只能是離散的、跳變的,無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)色譜的“真彩色”。

??自然界中,還有另一種色彩——結(jié)構(gòu)色,它來自微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的精巧干涉與衍射。當(dāng)物體表面的微觀結(jié)構(gòu)尺寸與外部光源照射的某些電磁波的波長相近時(shí),入射光在這些結(jié)構(gòu)中發(fā)生反射與疊加。若結(jié)構(gòu)層之間的高度差恰好滿足一定條件,就可能對(duì)特定波長產(chǎn)生增強(qiáng),對(duì)另一些波長形成抵消,最終只留下某種特定“顏色”的電磁波被反射出來。不同微結(jié)構(gòu)反射的“顏色”也千差萬別,因此結(jié)構(gòu)色是真正由“波”塑造的連續(xù)色譜的顏色。

??例如,某些甲蟲的奇異金屬光澤,某些昆蟲翅膀的鮮艷炫彩,孔雀羽毛的部分亮帶,都是結(jié)構(gòu)色的典型體現(xiàn)。有趣的是,擬態(tài)章魚雖然沒有典型的視錐細(xì)胞,被認(rèn)為是無法區(qū)分波長的全色盲,但卻可以巧妙利用結(jié)構(gòu)色。它們能通過獨(dú)特的光敏結(jié)構(gòu)“感知”周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)光,進(jìn)而調(diào)整自身色素水平,模擬出與周圍環(huán)境相近的反射波長,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有視覺動(dòng)物的全頻段迷彩偽裝。

??這種連續(xù)波段的感知方式,為我們?cè)O(shè)計(jì)跨波段觀測(cè)儀器提供了寶貴啟示。正是這些自然啟示,推動(dòng)人類從生物視覺向技術(shù)感知延伸。

??過去,人類在較長時(shí)間里依賴光波段理解世界。伽利略用自制望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)了木星有四顆衛(wèi)星圍繞公轉(zhuǎn),開啟了天文觀測(cè)的新時(shí)代。此后天王星、海王星、冥王星等,也都是通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)被確認(rèn)存在的。

??當(dāng)?shù)鼗鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡到達(dá)瓶頸,可以繞開大氣影響的、以哈勃和韋伯為代表的一系列太空望遠(yuǎn)鏡登上舞臺(tái),探測(cè)波段也從光波段拓展到更多電磁波頻段——人類觀察世界的眼睛,正逐步從“看光”走向“讀全譜”,打開了更廣闊的觀察世界的窗口。

??一個(gè)著名的例子便是“巨引源”的觀測(cè)。它是位于拉尼亞凱亞超星系團(tuán)的一部分區(qū)域的巨大引力異常處,因恰好處在地球視角的銀河系盤面方向,各種天體和塵埃層層遮擋,使得幾乎無法通過可見光探測(cè),成為宇宙地圖上的盲區(qū)。正是射電望遠(yuǎn)鏡通過接收低頻電磁波信號(hào),我們得以間接了解其引力匯聚特征和大尺度物質(zhì)分布結(jié)構(gòu),逐步揭開了它的神秘面紗。

??類似的例子還有很多:我們通過微波波段測(cè)量宇宙微波背景輻射,借助紅外波段穿越塵埃看到恒星誕生的搖籃,用X射線揭示高能噴流與黑洞吸積盤的動(dòng)力過程,甚至用伽馬射線幫助捕捉宇宙中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象,如伽馬射線暴與中子星合并事件。不同波段的電磁波,共同構(gòu)成了我們“看見”宇宙不同面貌的全譜視野。

??從地球大氣層,到太陽系的行星與小天體,再到銀河系邊緣、星系團(tuán)甚至宇宙大尺度結(jié)構(gòu),電磁波為我們繪制出一幅幅細(xì)致入微的多尺度圖譜,幫助我們理解宇宙的全貌。

在祖國大地,打造仰望星空的“眼睛”

??近年來,我國在電磁波探測(cè)方面有了長足的進(jìn)步。從看向宇宙深處的“眼睛”,到探測(cè)地球大氣層、電離層、磁層和日地空間等與日常生活息息相關(guān)的區(qū)域,我們開展了電磁波多頻段的綜合觀測(cè)。或直接接收不同頻段電磁信號(hào),或主動(dòng)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)探測(cè)目標(biāo),兩者互為補(bǔ)充,極大拓展了人類對(duì)自然環(huán)境的認(rèn)知能力,為人類科技發(fā)展作出中國貢獻(xiàn)。通過這些特定頻段的全波段的感知裝置,我們不僅能“看到”物體或現(xiàn)象,也能理解其內(nèi)在的物理規(guī)律,了解其現(xiàn)象背后的動(dòng)力機(jī)制。

??其中,可著重介紹的,是由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心牽頭建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“子午工程”。其最具代表性的設(shè)備,是圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡(DAocheng Radio Telescope,DART)。它坐落在四川稻城海拔近4000米的高原之上,由313面拋物面天線組成,分布在直徑1公里的圓環(huán)上。

??DART工作頻段在150~450MHz之間,是全球唯一能實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)太陽射電成像的設(shè)備。它不僅是一臺(tái)“太陽相機(jī)”,更是一把解析太陽“情緒波動(dòng)”的科學(xué)鑰匙——能以極高的時(shí)間分辨率捕捉太陽活動(dòng)的完整動(dòng)態(tài),在瞬息萬變的電磁爆發(fā)中精準(zhǔn)提取圖像。

??山東大學(xué)也參與了“子午工程”的建設(shè)。除了位于四川稻城的DART,山東大學(xué)還協(xié)同牽頭單位和各兄弟參與單位,由空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和機(jī)電與信息工程學(xué)院協(xié)作,分別在威海文登、榮成槎山布設(shè)了具有代表性的地基觀測(cè)設(shè)備,它們各自承擔(dān)不同層次的觀測(cè)任務(wù),構(gòu)成了一張持續(xù)運(yùn)行的空間環(huán)境感知網(wǎng)絡(luò)。

??坐落于山東威海文登的,是GNSS電離層TEC與閃爍監(jiān)測(cè)儀、電離層數(shù)字測(cè)高儀以及流星雷達(dá)。GNSS監(jiān)測(cè)儀通過分析來自北斗、GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的電磁波,在穿越電離層過程中產(chǎn)生的相位延遲和閃爍效應(yīng),實(shí)時(shí)獲取上空電離層的總電子含量與擾動(dòng)信息,為導(dǎo)航誤差預(yù)警與空間環(huán)境建模提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。電離層測(cè)高儀則通過發(fā)射1至30MHz的高頻電磁波,測(cè)量其在不同高度電離層反射回波的延遲和強(qiáng)度,繪制頻高圖進(jìn)而反演電子密度剖面,相當(dāng)于“剖開”電離層、透視其層次結(jié)構(gòu)。流星雷達(dá)則工作在30至60MHz波段,借助流星劃過夜空時(shí)在高空形成的電離尾跡,反推出70至110公里中高層大氣的風(fēng)場分布,是研究中高層大氣動(dòng)力學(xué)的重要手段。

??在威海榮成槎山,則部署了國內(nèi)首個(gè)覆蓋15MHz至15GHz波段的寬頻太陽射電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它如同一臺(tái)“多波段廣播接收機(jī)”,全天候監(jiān)聽太陽的“電磁波語言”,追蹤日冕物質(zhì)拋射、耀斑爆發(fā)等高能事件。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)不僅有助于深入理解太陽活動(dòng)的物理機(jī)制,也為我國的衛(wèi)星通信和導(dǎo)航系統(tǒng)提供早期預(yù)警保障。

??這些觀測(cè)設(shè)備,如仰望天空的“眼睛”,默默記錄著地球空間環(huán)境的每一次波動(dòng)與擾動(dòng),為我國在電離層監(jiān)測(cè)、太陽預(yù)警、中高層大氣動(dòng)力學(xué)等多個(gè)前沿領(lǐng)域的科學(xué)研究與實(shí)用應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

??電磁波是自然賜予我們的一把萬能鑰匙,它揭示的不僅是物質(zhì)的狀態(tài),更是人類認(rèn)識(shí)世界的尺度;不僅是我們仰望宇宙的“眼睛”,也照亮我們腳下的未來!

??你問我答

??問:電磁波跟我們的生活有關(guān)嗎?

??高東興:電磁波是由電場和磁場交替振蕩并向外傳播的一種波動(dòng)現(xiàn)象,它既是物理規(guī)律的體現(xiàn),也是一種能量傳播方式。我們熟悉的可見光其實(shí)就是電磁波的一種,而它還包括射電波、微波(含毫米波)、紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線等。電磁波無處不在,影響著我們的日常生活:從手機(jī)通信、Wi-Fi、微波爐,到醫(yī)療中的X射線檢查,再到衛(wèi)星導(dǎo)航與天文觀測(cè),電磁波的應(yīng)用無處不在,與生活息息相關(guān)。

??問:文中的這些觀測(cè)設(shè)備是靠什么“看見”世界的?

??高東興:這些觀測(cè)設(shè)備利用的是電磁波探測(cè)原理,主要分為兩類:一種是被動(dòng)接收型,如望遠(yuǎn)鏡、射電接收器,通過接收天體或環(huán)境自然發(fā)出的電磁波信號(hào),來分析其結(jié)構(gòu)和狀態(tài);另一種是主動(dòng)發(fā)射型,如雷達(dá),通過發(fā)射電磁波并接收從目標(biāo)反射回來的信號(hào),判斷目標(biāo)的距離、高度、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。這使我們即使在黑夜、云層、塵埃甚至深空中,也能“看見”那些肉眼無法識(shí)別的現(xiàn)象。

??作者:高東興,系山東大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院副教授

??圖片均由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心提供

【責(zé)任編輯:孫曉倩】



主站蜘蛛池模板: 996久久国产精品线观看| 女人18片毛片60分钟| 女人被做到高潮免费视频| 亚洲成年看片在线观看| 国内精品自产拍在线观看| 亚洲国产精品无码久久98| 67pao国产成视频永久免费| 亚洲国产日产无码精品| 亚洲熟女乱色综合亚洲小说| 欧美精品色婷婷五月综合| 欧美乱妇高清无乱码| 国产午夜福利在线播放| 国产私拍福利精品视频| 一二三四视频社区在线| 无码人妻精品一区二区蜜桃色欲| 欧美精品亚洲精品日韩传电影| 97se狼狼狼狼狼亚洲网| 高潮毛片无遮挡高清视频播放| 亚洲大乳高潮日本专区| 牛牛在线视频| 丰满人妻熟妇乱又仑精品| 久久精品国产曰本波多野结衣 | 精品精品国产欧美在线小说区| 亚洲中文字幕永久在线全国| 国产夫妇肉麻对白| 亚洲a∨天堂男人无码| 制服丝袜美腿一区二区| 成人毛片无码一区二区三区| 国产精品久久久久久熟妇吹潮软件 | 国产偷国产偷亚洲清高网站| 国产乱人伦中文无无码视频试看| 久久国产精久久精产国| 亚洲熟女乱色综合亚洲小说| 亚洲综合天堂av网站在线观看| 亚洲国产熟妇在线视频| 久久久久人妻一区精品色| 日本人妻人人人澡人人爽| 国产免费爽爽视频| 色婷婷亚洲精品综合影院| 看国产一毛片在线看手机看| 九九视频免费精品视频|