射電天文接收機靈敏度

指接收機可以察覺的輸入信號的最小功率變化。這是射電天文接收機最重要的性能指標之一，用以表征接收機測量天體射電信號的靈敏程度。天體射電信號都具有隨機噪聲形式，射電信號在接收機輸出端引起的變化，至少要大于(包括接收機本身噪聲在內(nèi)的)整個輸出信號在其平均值附近起伏的均方根誤差才能被察覺。為了能夠確切測量天體射電信號，要求在接收機輸出端的射電信號與接收機本身的噪聲的比值，即信噪比，至少大于1，一般要求大于或等于5。但是，接收機輸入端的噪聲往往遠大于天體射電信號，只有加以平滑后，才能使輸出端的噪聲起伏降低到這種程度。根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，對于隨機噪聲功率平均值的測量,在N個相鄰頻帶上同時測量的平均值，比單一頻帶測量精確倍。同樣,在N秒鐘測量的平均值會比1秒鐘測量精確倍。因此,當接收機的有效噪聲頻帶寬度為△v，而積分時間常數(shù)為τ時,其輸出噪聲起伏為輸入噪聲的 。當采用調(diào)制式或相關式接收機時，增益起伏的影響如果可以不計，則接收機的最小可測信號將為(以噪聲溫度的單位表示):

，

式中TS為包括接收機輸入端各種噪聲在內(nèi)的所謂系統(tǒng)噪聲，其中也包括射電源的噪聲信號,M為一個與調(diào)制方式等有關的常數(shù)。根據(jù)不同的接收機結構,M的數(shù)值分別如下:總功率型接收機為 1，方波調(diào)制的單通道接收機為2~2.22，方波調(diào)制的雙通道接收機為1.41~1.56,直接相乘的相關接收機為1.41。

四十年代開始發(fā)展的射電波譜學，已經(jīng)積累了數(shù)以萬計的分子微波譜線實驗數(shù)據(jù)，并按它們的頻率和強度列表，供射電天文譜線證認查用。由于星際分子射電譜線頻率的測量精度較高，又可以排除星際空間罕有的一大批分子的譜線，即使分子云的視向運動引起多普勒頻移，觀測到的頻率仍不易同時和多于一種以上的已知分子譜線的頻率重合，不會給證認工作帶來太大的困難。一般情況下，有一條精確測定的射電天文譜線就可以可靠地辨別出它屬于哪一種分子;在有懷疑的情況下，觀測同一分子的另一條射電天文譜線就可作出肯定的證認。另外，由于原子核磁矩產(chǎn)生的能級超精細分裂，或由于不同的同位素原子替代分子中原來的原子而形成的能級移動,都會造成一群相距較近的譜線,它們對證認也會大有幫助。不過，在天體條件下，同一分子源中各條譜線的強度比，往往偏離熱動平衡條件下的比值，因此，譜線強度比一般不作為證認的根據(jù)，而是用來了解分子源的熱動平衡狀況。

天文觀測中有時會發(fā)現(xiàn)一些尚未證認的譜線，在地球?qū)嶒炇乙褱y定的譜線頻率表中找不到與之對應的分子。在這種情況下，證認工作就比較困難。雖然可以從原子的宇宙豐度(見元素的豐度)、星際化學、分子結構的理論計算、同位素替代以及譜線的超精細結構等多方面的考慮，作出有相當把握的推斷，但是，最終的證認還是要靠地面上的波譜實驗，設法測定被證認分子的譜線。在這方面著名的例子是:1970年以后在許多星云中多次觀測到一條頻率為89.2京赫的強譜線，當時不知道它是什么分子發(fā)出的譜線,便取名為"X分子"(X-ogen)。以后有人從天體化學、分子譜線的理論計算，推測它可能來自HCO(甲酰分子離子),后來在星云中又找到同位素C取代的同位素分子HCO的相應微波譜線,因而更有把握認為X分子就是HCO。1975年終于在實驗室中利用新技術得到了HCO和HCO的微波譜線，使證認工作得到了肯定的結果。

隨著星際分子天文學的迅速發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了更多的未證認的譜線。這些譜線往往有以下情況:一種是有一類分子象某些自由基和分子離子，它們在實驗室條件下很不穩(wěn)定，因而過去無法測定它們的譜線;另一種是有些分子在室溫下蒸汽壓很低，也不易測定它們的譜線。然而在天體條件下，這些分子卻能穩(wěn)定存在，并發(fā)出足夠強的譜線。這些譜線的證認，促使氣體波譜學實驗工作設法制造天文學上感興趣的分子樣品，并精確測定它們的微波譜線。七十年代以來，這方面的工作有較大的進展,例如在天體上首先觀測到的氫化偶氮離子N2H和異氰化氫 HNC等分子的微波譜線，后來都在實驗室測量成功。在測量毫米波、亞毫米波的譜線以及一些實驗室條件下不易激發(fā)的譜線方面，也做了不少工作。