甘孜日報 2023年10月11日
全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡正式建成，能監測太陽(yáng)“打噴嚏”
鳥(niǎo)瞰“圓環(huán)陣。四川日報記者 徐浩煊 攝
太陽(yáng)射電成像望遠鏡。 本網(wǎng)資料庫圖
太陽(yáng)射電成像望遠鏡一角。 本網(wǎng)資料庫圖
◎四川日報記者 徐浩煊 吳聃 文露敏
飛機從稻城亞丁機場(chǎng)起飛，右側舷窗外的地面隱現一個(gè)小圓點(diǎn)，因為造型特殊，當地人稱(chēng)“千眼天珠”。小圓點(diǎn)其實(shí)一點(diǎn)也不“小”——在海拔3820米的甘孜州稻城縣噶通鎮，313部直徑6米的天線(xiàn)，均勻地分布在直徑1公里的圓環(huán)上。它的正式名字叫圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡（下稱(chēng)“圓環(huán)陣”），是國家重大科技基礎設施空間環(huán)境地基綜合監測網(wǎng)（子午工程二期）的標志性設備之一，也是目前已建成的全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡。其任務(wù)主要是對太陽(yáng)和日地空間傳播鏈條進(jìn)行高質(zhì)量監測，監測太陽(yáng)“打噴嚏”。
9月27日，記者從中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心獲悉，“圓環(huán)陣”順利通過(guò)工藝測試，正式建成。
為何要建？為科學(xué)家播報空間天氣情況
作為離地球最近的恒星，太陽(yáng)為我們帶來(lái)了光和熱。但太陽(yáng)的情況并非一成不變，黑子、耀斑、日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)活動(dòng)此起彼伏，這也是地球空間天氣事件的源頭——簡(jiǎn)而言之，太陽(yáng)打個(gè)“噴嚏”，包括地球在內的太陽(yáng)系各大行星就容易“感冒”。
“別小看這個(gè)‘噴嚏’。強烈的太陽(yáng)活動(dòng)爆發(fā)釋放出的能量，相當于100億顆百萬(wàn)噸級核彈同時(shí)爆炸。”“圓環(huán)陣”負責人、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員閻敬業(yè)告訴記者,一旦這些能量沖向地球，會(huì )對空間和地面的高技術(shù)系統造成嚴重影響。
他舉例說(shuō)，空間天氣活動(dòng)中的地磁感應電流，會(huì )導致高鐵、電網(wǎng)、輸油管線(xiàn)等高技術(shù)系統損毀，電離層擾動(dòng)則會(huì )影響無(wú)線(xiàn)電通信信號的穩定性和可使用的頻帶范圍，影響衛星導航的精度，甚至導致通信和導航設施失效。這些能量還會(huì )影響航天發(fā)射，據統計，大約一半的航天器故障與空間天氣有關(guān)。
這時(shí)，“千眼天珠”就派上用場(chǎng)了——它像一部超大“射電相機”，能給科學(xué)家播報空間天氣情況，為更好地應對上述影響提供數據依據。
為何成“環(huán)”？減少“拍照”時(shí)細節的遺失
雖然全球監測太陽(yáng)“打噴嚏”的設備不少，有Y字形、螺旋形等多種形狀，但做成“圓環(huán)陣”的僅此一個(gè)。
“太陽(yáng)的細節非常豐富，我們需要非常密集的‘相機陣’，才能減少‘拍照’時(shí)細節的遺失，實(shí)現高質(zhì)量成像。”“圓環(huán)陣”副主任設計師、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心副研究員武林介紹，由于太陽(yáng)射電特征快速變化，只有用更大口徑鏡頭拍下更廣的照片，才能更好地分析太陽(yáng)活動(dòng)。
但射電望遠鏡單個(gè)鏡頭口徑很難做大。因此，科學(xué)家通過(guò)定標的方法，讓每個(gè)“小鏡頭”幅度和相位保持一致，加上后期信號處理，就能等效成單口徑106米的望遠鏡，“圓環(huán)陣”計劃應運而生。313部天線(xiàn)均勻分布在直徑為1公里的圓環(huán)上，規模為當前全球最大。
與光學(xué)相機類(lèi)似，“圓環(huán)陣”使用前也要先校準。但要讓313部天線(xiàn)一致將“腦袋”對準太陽(yáng)并非易事。為了保證質(zhì)量和工期，“圓環(huán)陣”采取“三步走”研制方案，即“2單元技術(shù)摸底、16單元成像實(shí)驗、313單元系統建設”。
“我們很有自信！‘圓環(huán)陣’建成16單元時(shí)，觀(guān)測效果就已經(jīng)超過(guò)國外的同類(lèi)型設備。”武林告訴記者。
如何運用？未來(lái)將開(kāi)啟星際“聯(lián)手”
2022年3月起，16單元成像實(shí)驗系統開(kāi)始獲取太陽(yáng)成像數據，迄今已積累了大量太陽(yáng)活動(dòng)圖像和頻譜數據。到今年7月，“圓環(huán)陣”已具備連續穩定高質(zhì)量監測太陽(yáng)活動(dòng)的能力，脈沖星成像等射電天文觀(guān)測能力也得到初步驗證。
“監測太陽(yáng)每天只需要8小時(shí)。”在閻敬業(yè)的規劃中，太陽(yáng)“下班”后，“圓環(huán)陣”還有望與子午工程的其它監測設備開(kāi)啟星際“聯(lián)手”，在低頻射電巡天、脈沖星、快速射電暴和行星防御監測預警等領(lǐng)域發(fā)揮作用。“比如與‘中國天眼’及‘中國復眼’雷達陣列、三亞非相干散射雷達等展開(kāi)聯(lián)合觀(guān)測，能更好地發(fā)揮國家重大科技基礎設施的效能。”閻敬業(yè)說(shuō)。
為滿(mǎn)足國家在空間天氣、射電天文等領(lǐng)域的重大需求，9月28日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心依托中國科學(xué)院成都分院，在成都正式成立了射頻科學(xué)與技術(shù)中心（又稱(chēng)“π中心”）。
未來(lái)，“π中心”將保障“圓環(huán)陣”的可靠運行和科學(xué)產(chǎn)出，開(kāi)展射頻科學(xué)與技術(shù)的研究、實(shí)驗及科技成果轉化，成為空間天氣、射電天文等領(lǐng)域的科學(xué)研究中心、學(xué)術(shù)交流中心、技術(shù)開(kāi)發(fā)中心及人才培養中心。
最新消息
