Photo: Event Horizon Telescope Collaboration

　　單層碳膜在天文上的新應用也可能催生衍生技術(shù)。

　　近日，一款新研發(fā)的石墨烯制成的探測器可能會(huì )在微波和紅外光之間的一個(gè)輻射帶上帶來(lái)新的天文觀(guān)測波。包括醫學(xué)成像、遙感和制造業(yè)在內的應用最終也可能成為這種探測器的受益者。

　　微波和無(wú)線(xiàn)電波輻射在以千赫茲或兆赫為單位測量的頻率上振蕩，其速度慢得足以在傳統電路和計算機系統中進(jìn)行操作和電子處理。紅外范圍內的光(頻率從 20 太赫茲開(kāi)始)可以由傳統光學(xué)器件控制，并由傳統的 CCD 成像。

　　但是在微波和紅外線(xiàn)之間的無(wú)人區(被稱(chēng)為“太赫茲間隙”)是一個(gè)具有挑戰性的波段，盡管天文學(xué)家在這個(gè)波段觀(guān)察宇宙并非完全不可能。

　　要從天文學(xué)的來(lái)源觀(guān)測太赫茲波，首先需要升到大氣層以上，或者至少升到地球大氣層還沒(méi)有完全熄滅信號的高度。瑞典查爾默斯理工大學(xué)微技術(shù)與納米科學(xué)系副研究員 Samuel Lara-Avila 表示，目前太赫茲天文學(xué)的最新進(jìn)展是利用超導探測器進(jìn)行的。

　　智利的 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)和南極望遠鏡等天文臺可能會(huì )使用這種探測器和本地振蕩器，以非常接近天文學(xué)家試圖探測的目標信號的頻率輸出參考信號。例如，如果望遠鏡在 1 太赫茲尋找輻射，在 1.001 太赫茲處增加一個(gè)本振會(huì )產(chǎn)生一個(gè)拍頻在 1 千兆赫(0.001 太赫茲)范圍內的組合信號。而千兆赫茲信號代表的是一個(gè)數據流，它不會(huì )壓倒計算機跟蹤它的能力。

　　這聽(tīng)起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單。但問(wèn)題是：根據 Lara-Avila 的說(shuō)法，超導探測器需要相對強大的本地振蕩器，即工作在微瓦功率附近的振蕩器。(聽(tīng)起來(lái)可能不多，但探測器在低溫下工作。所以一點(diǎn)點(diǎn)的本振功率可以起到很大的作用。)

　　相比之下，新的石墨烯探測器所需的本振功率將小于一毫瓦，或者說(shuō)減少三個(gè)數量級。結果是：在這種情況下，超導探測器可能會(huì )在天空中產(chǎn)生一個(gè)像素的分辨率，而新的石墨烯技術(shù)可以使探測器的分辨率高達 1000 像素。

　　也許在太赫茲或近太赫茲天文學(xué)中最著(zhù)名的觀(guān)測是由事件視界望遠鏡(上圖)，它在本月早些時(shí)候獲得了基礎物理學(xué)的突破獎。根據維基百科的數據，它的一些工作頻率在 0.23 到 0.45 太赫茲之間。

　　最近一期的《自然天文學(xué)》雜志介紹了由 Lara-Avila 及其同事在瑞典、芬蘭和英國首創(chuàng )的石墨烯探測器。
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