有哪些天文研究成果已经改变了我们的生活？还有哪些新方向 ...

維健廣律

谢邀！而且这题我会！

射电天文→医学成像
直观上可能很难想象两个空间尺度区别如此巨大的研究对象会有任何联系。

首先，来回顾一下Leonard 和 Penny 婚礼上的经典对白。


组成人体的原子来源于宇宙星云，所以，人类用观察宇宙的方式来观察人体。

干涉成像

射电天文中的相干成像（interferometry）技术被应用于核磁共振，让医生可以更快速准确获得人体内部层析结构，辅助诊断。

观测是天文学研究的重要手段，对应诊断中的“望闻问切”，区别是在天文中只能“望闻问”，不能“切”，天文学研究的巨大空间尺度决定了所进行的观测都只能是非接触式测量。经过几十年的发展，天文观测从最初只能使用可见光望远镜观测到现在遍布从波长为10^-12m的伽马射线到10^3m的甚低频射电波。




图源：Wikipedia

射电天文观测中，考虑Rayleigh判据衍射极限给出的分辨率：

其中D是望远镜口径， 是波长。
低频观测中波长较大，因此单口径望远镜分辨率有限，为了能在有限的成本下得到更高的空间分辨率，射电天文中提出了干涉成像（interferometry）方法。
射电望远镜的工作原理是什么？
干涉成像方法是利用多个天线接收到的天线求互相关，得到干涉强度，通过反傅里叶变换得到射电成像图。多个天线可以是被放置在地球不同角落的单口径射电望远镜，组成超长基线干涉。


这种方法也被应用于核磁共振成像中，用于获取更高分辨率的成成像结果。




图源：Magnetic Resonance ImagingDaphne Anne Pollacco 2016

从原理上讲，核磁共振测量方法是通过很强的磁场（~1.5T）， 让人体内的氢原子极化，然后用射频波把原子激励到高能态，在原子从高能态恢复到低能态的过程中，会释放电磁波，频率在1MHz 到 300MHz 之间，对MRI中射电数据的测量和处理，就用到了天文中的干涉成像法。

1MHz 到 300MHz 这个频率范围也是天文观测的常用频段，而且氢原子也是射电天文观测中非常重要的观测对象，你说巧不巧。

层析成像

说到医学成像中其实不得不提的是CT：computational tomography 计算层析成像。
在不同方向进行穿透性的（X射线）测量，得到柱密度，然后通过算法反演出内部密度分布。

不过这个例子其实可以说是天文借鉴医学成像方法。
在天文观测中，使用这种层析成像方法来重构行星际太阳风的结构。

测量方式是测量遥远射电源穿过行星际太阳风之后的闪烁谱，可以计算出视线方向的累积质量。




层析成像需要多个角度多个方向上测量，



而后通过层析算法重建出三维密度分布。


这种天文观测方法来源于医学成像，在研究过程中所开发出的层析算法又可以被用于医学成像得到更高质量的医学成像结果。


结

射电天文是一个基础学科（意思就是不接地气），研究成果无法在短时间内看到可以落地产生经济效益的实际应用。
但是这种基础学科的研究带来的影响是非常深远的和意想不到的，谁能想到光年尺度的天文能和米尺度的医学有如此紧密的联系hhhh。


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