雷达是怎么“看见”远处的飞机的？

坐飞机的时候，窗外常常是厚厚的云，有时候还是黑漆漆的夜晚。飞行员看不见远处，地上的人也看不见天上的飞机。

可是机场里的叔叔阿姨，却清清楚楚地知道每一架飞机在哪儿。他们靠的是一种叫雷达的机器。雷达没有眼睛，它是怎么“看见”远处的飞机的？

答案藏在一件你也许玩过的事情里：对着大山喊一声。

先想一想

你在山谷里或者空荡荡的大房间里喊过“喂——”吗？过一会儿，是不是会听到一声“喂——”传回来？猜一猜：这个回声，能帮我们知道大山离我们有多远吗？

一、回声能告诉我们有多远

喊出去的声音，碰到山又弹了回来

我们喊出的声音，会在空气里往前跑。跑到大山跟前，山把声音挡住，声音就像皮球碰到墙一样弹了回来。弹回来的声音钻进耳朵，就是回声。

山越远，回声来得越晚

声音跑得很快，每秒大约跑 340 米¹，差不多是绕操场跑一圈的路。可是再快也要花时间。

山离得近，声音一会儿就跑个来回；山离得远，声音要跑更长的路，回声就来得更晚。所以，数一数回声多久回来，就能知道山有多远。

图 1 · 声音要跑一个来回，山越远，回声来得越晚（示意图，距离不是真实比例）

蝙蝠早就会这一招了

蝙蝠在黑夜里飞来飞去，从来不会撞墙。它一边飞，一边发出很尖很尖的叫声，大部分叫声我们的耳朵都听不见。叫声碰到墙壁、树枝或者小虫子，就会弹回来，蝙蝠听着回声，就知道前面有什么、离得多远²。

那雷达也是对着飞机“喊”吗？可是飞机那么远，又那么吵，声音怎么行呢？

二、雷达“喊”的不是声音

换成跑得更快的无线电波

声音跑得太慢，也跑不了太远。雷达“喊”出去的，是一种叫无线电波的东西。

无线电波和光是亲戚，跑得和光一样快，只是我们的眼睛看不见它。手机打电话、收音机听广播，用的也是无线电波。

它快到什么程度呢？一秒钟，它能绕着地球跑七圈半。和它比起来，声音就像在慢慢散步。

碰到飞机，它也会弹回来

无线电波遇到云、雾和黑夜，大部分都能穿过去。可它碰到飞机这样的金属大家伙，就会像声音碰到大山一样弹回来³。

雷达有一个大大的天线，像一只又大又圆的“耳朵”。它先对着天空发出一小串无线电波，然后马上安静下来，竖起“耳朵”等回声。

图 2 · 雷达发出无线电波，碰到飞机弹回来，天线再把回声“听”回去（示意图）

回声收到了，可它跑得这么快，雷达怎么算出飞机有多远呢？

三、雷达怎么算出飞机有多远

掐着表，把时间对半分

办法和山谷里数回声一模一样。雷达里有一只特别准的“表”，从发出无线电波的那一刻开始计时，到收到回声的那一刻停下。

无线电波是跑了一个来回的。所以，来回的路程对半分，就是飞机离雷达的距离。

一个具体的例子

假如一架飞机在 30 公里外，无线电波去 30 公里、回 30 公里，一共跑 60 公里。

这么长的路，它只要大约 0.0002 秒，比你眨一下眼睛还要快好几百倍。人当然数不过来，可雷达里的电子“表”能数得清清楚楚，算一下，就知道飞机在 30 公里外。

图 3 · 无线电波跑了一个来回，所以要把路程对半分（示意图）

小知识

“雷达”这个名字是从英文 radar 音译来的。radar 是几个英文词的头一个字母拼起来的，意思是“用无线电找东西、测距离”。

知道了有多远，可天那么大，雷达又怎么知道飞机在哪个方向呢？

四、雷达怎么知道飞机在哪个方向

天线一边转圈，一边“听”

雷达的天线不是朝四面八方一起喊，而是只朝一个方向发出窄窄的一束无线电波，就像手电筒只照亮前面一小块。

天线会慢慢转圈，每转到一个方向，就朝那边喊一声、听一下。哪个方向传回了回声，飞机就在哪个方向。

方向加上距离，就是飞机的位置

雷达把“在哪个方向”和“有多远”合在一起，在屏幕上点出一个亮点。天线一圈一圈地转，亮点也一次一次地更新，飞机飞到哪儿，亮点就跟到哪儿。

图 4 · 天线转着圈一个方向一个方向地找，再把方向和距离画到屏幕上（示意图）

小知识

雷达是转得越快越好吗？不一定。转得快，亮点更新得勤，飞得快的飞机也跟得上；转得慢，天线对着每个方向能多“喊”几声、多等一会儿，远处很弱的回声也能听清。所以机场附近管起飞降落的雷达，大约四五秒转一圈；管远处航线的雷达，要十几秒才转一圈，看得更远⁴。这里面的道理，可以看《为什么有的雷达转得快，有的转得慢？》。

回到开头的问题

现在我们知道了：雷达并不是用眼睛看。它朝四周一个方向一个方向地“喊”无线电波，再“听”回声：回声多久回来，告诉它飞机有多远；回声从哪边回来，告诉它飞机在哪个方向。云和黑夜挡不住无线电波，所以雷达白天黑夜都能“看见”飞机。

五、雷达还能找什么

只要东西能把无线电波弹回来，雷达就能找到它。所以，雷达不光用在机场。

各种各样的雷达

雷达	回声从哪儿来	它告诉我们什么
机场雷达	天上的飞机	每架飞机在哪儿、离机场多远
天气雷达	云里的雨点、雪花	哪里在下雨，雨下得大不大
轮船雷达	别的船、海岸、礁石	大雾天也不会撞上
测速雷达	路上的汽车	汽车开得有多快

原理都一样：发出无线电波，再听回声。

图 5 · 能把无线电波弹回来的东西，雷达都能找到

天气预报里那张五颜六色的“雨区图”，就是天气雷达画出来的。雨下得越大，弹回来的回声越强，图上就换一种颜色来表示⁵。

六、动手试试：用回声估一估墙有多远

动手试试

你需要： 一面又高又大的墙（比如教学楼的外墙），墙前面有一片空地；一位朋友或大人。

站在离墙很远的地方，比如走到七八十步以外，面对着墙。
用力拍一下手，仔细听：过一小会儿，是不是有一声“啪”从墙那边传回来？
往墙走近一些，再拍一次。回声是不是来得更快，快得几乎和拍手声连在一起了？

拍手声跑到墙，又弹回你的耳朵，这就是回声。离墙越远，声音要跑的路越长，回声就来得越晚。雷达也是这样“听”出飞机有多远的，只不过它用的是快得多的无线电波，再用精确的电子“表”来计时。

注意安全

请大人陪着，在学校操场或者公园这样安全的空地上做，不要在马路边或者停车场里一边倒退一边找位置。

小结

回到开头的问题，我们一路找到了这些答案：

回声能告诉我们什么？ 声音碰到大山会弹回来，山越远，回声来得越晚，所以回声能告诉我们有多远。
雷达“喊”的是什么？ 是看不见的无线电波，它跑得和光一样快，能穿过云和黑夜，碰到飞机会弹回来。
雷达怎么算距离？ 从发出到收到回声计时，来回的路程对半分，就是飞机有多远。
雷达怎么知道方向？ 天线转着圈，一个方向一个方向地找，哪边有回声，飞机就在哪边。

你开头猜对了吗？回声真的能告诉我们距离，雷达就是一个会用无线电波“听回声”的大耳朵。下次看天气预报的时候，找找那张雨区图，想一想它是怎么画出来的。