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五.射电成像和光学成像
本文翻译自Introduction-to-Radio-Astronomy.pdf，之后也会慢慢一点一点地翻译，最后整合起来形成中文版。看不懂也无所谓，只看个大概就行了，主要还是要靠实践，做着做着就明白了
同时本文为了方便读者理解，也参考Measurement-and-Analysis-of-Neutral-Hydrogen-Velocities-across-and-along-the-Galactic-Plane.pdf进行了一些改编
光学成像
现在光学望远镜拍摄图片使用CCD相机（数码相机），这种相机使用数百万个点（像素）来表示图片的数据。
光电二极管收集光能，并将其转换为按行和列记录的电压，以保存其位置信息，并允许重建图像。下面左图中的像素很明显。一个光学图片包含数百万像素——所有的像素被同一时间捕获（抓拍）！在较高的放大倍数和较低的分辨率下，它们变得更加明显，如下面右图所示。
小鹿（左）对小鹿的耳朵进行放大（右）
下面是一些用CCD相机拍摄的被数字化的天文图像的例子（注意：所有近年来的天文摄影都是用CCD相机拍摄的）。
射电成像
相比之下，射电望远镜一次只能收集一个像素！每个射电图像都是许多像素收集的合成。每张图都需要几个小时，几天，甚至几年的时间！（一张业余爱好者用自己设备拍摄的整个天空的照片可能要花费好几年的时间！）专业射电天文成像一大优势是角度分辨率（分辨出两个接近的天体的能力）。专业射电望远镜（VLBI——甚长基线干涉仪）可以观察到比一毫角秒小得多的东西（这是头发在10英里处的角度！），而光学望远镜即使用凯克望远镜也只能分辨出5毫角秒的物体。
射电望远镜的分辨率更好，因为通过将许多射电望远镜连接在一起，可以模拟更大的射电望远镜。它们的等效尺寸是间隔最远的两个望远镜的距离（等效尺寸，即它们的分辨率可以比拟直径是等效尺寸的单台望远镜，例如两个小口径望远镜相距500m组成干涉阵，则其分辨率可以和500m口径的FAST想比拟）。
但是在另一方面，业余爱好者的望远镜最多只有几度的分辨率，因为我们天线的口径很小。例如一个3m口径的大锅天线在1.42GHz观测时，其分辨率约为4到5度。
由于地球自转，天空背景会自己运动，例如恒星的东升西落。而所谓天空背景，是指天空上的一切天体，而不仅仅是恒星，也包括一些气体分子团，例如经常提及的中性氢原子云团。所以即使射电望远镜对准某个方向不动，利用地球自转，也可以对天空进行扫描，称之为漂移扫描。
当天体由于地球自转或者由于天线主动转动而进入天线的视野（即波束）时，它们的能量（天线/接收机检测到的电压）就被记录下来。对于单个天线而言，此处所谓的天线视野/天线波束就是之前所提及的天线分辨率，例如之前所提及的3m口径的大锅天线，其观测视野为4到5度。每记录一次，即称为记录了一个像素，就相当于用一个视野很小的相机给天空拍照，每拍一次只能拍一个像素。
注：望远镜的分辨率为$68.8^{\circ}\frac{\lambda}{D}$，其中$\lambda$为波长，$D$为大锅天线的直径。1.42GHz电磁波的波长为21cm，即$\lambda=0.21m$，而3m口径天线的直径$D=3m$，所以分辨率为
$$68.8^{\circ}\frac{0.21}{3}=4.8^{\circ}$$
下图是一个业余射电望远镜，该望远镜口径为3m，下面我们将用这台望远镜观测天空上的中性氢原子云团。
由于中性氢原子主要集中在银河系的银盘上，所以我们主动转动天线，沿着银河系的银盘进行扫描。正如之前所提及的，3m口径天线的视野只有5°左右，所以我们可以沿着银盘，每隔5°记录一次数据，相当于用视野只有5°的相机给银盘拍照，要拍很多次才能把银盘给拍完。当然，我们目前没有拍完，只转动了14次天线，记录了14次数据，即拍摄了14个像素，拍摄的结果如下图所示。
每次拍摄的像素，即是天线视野之内的天空背景发射的总的电磁波信号被天线（接收机）转换为了电压信号，在电脑上反应出来就是一条频谱曲线，横轴是频率，纵轴是信号强度。记录了14次，自然就是14条频谱曲线了。
Introduction-to-Radio-Astronomy.pdf原文中原图已经模糊不清了，我用该图来代替，但实际上意思都是一样的，有兴趣的读者可以看一下原文。
每一条曲线都对应银盘上某个位置，所以我们可以再添加一个坐标轴来表示其位置，然后就变成了三维图像如下。相较于上面的二维的图像，多出来的坐标轴就是该像素在银盘中的位置，或者说该条电磁频谱曲线对应的银盘位置。
进一步的扫描
注：下面的图片是我自己做的或者找的了，并不是实际数据产生的
上图是个三维图，现在我们可以仅对这个三维图的频率坐标进行积分，得到整个频段上总信号强度，从而把三维图压缩为二维图，即沿着频率坐标轴把三维图形拍扁，只剩下银盘位置的坐标和整个频段上总信号强度的坐标。
如此我们便给银盘拍摄了一张图像，这张图像总共有14个像素，即我们把这14个像素按它们的坐标位置排列，然后用颜色来表示每个像素的总信号强度，越红表示信号越强，越蓝表示信号越弱，可以得到如下图像。
然而14个像素产生的图像，实际上看不来什么东西，那就让我们不止沿着银盘进行扫描吧，也沿着银盘附近的区域进行扫描，于是我们便得到了一堆像素，就像马赛克一样。
我们望远镜的视野太大，导致每个像素太大，从而看不出我们得到的这个图片是什么，如果我们用一个口径很大的望远镜来看，即它的视野很小，分辨率很高，那我们就能看出这团马赛克是什么了，如下所示，就是本网站首页的中性氢银盘图！
专业射电望远镜拍的图像
