甘孜日報 2023年10月11日
全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠鏡正式建成，能監(jiān)測太陽“打噴嚏”
鳥瞰“圓環(huán)陣。四川日報記者 徐浩煊 攝
太陽射電成像望遠鏡。 本網資料庫圖
太陽射電成像望遠鏡一角。 本網資料庫圖
◎四川日報記者 徐浩煊 吳聃 文露敏
飛機從稻城亞丁機場起飛，右側舷窗外的地面隱現(xiàn)一個小圓點，因為造型特殊，當?shù)厝朔Q“千眼天珠”。小圓點其實一點也不“小”——在海拔3820米的甘孜州稻城縣噶通鎮(zhèn)，313部直徑6米的天線，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)陣太陽射電成像望遠鏡（下稱“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(jiān)測網（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(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠鏡。其任務主要是對太陽和日地空間傳播鏈條進行高質量監(jiān)測，監(jiān)測太陽“打噴嚏”。
9月27日，記者從中國科學院國家空間科學中心獲悉，“圓環(huán)陣”順利通過工藝測試，正式建成。
為何要建？為科學家播報空間天氣情況
作為離地球最近的恒星，太陽為我們帶來了光和熱。但太陽的情況并非一成不變，黑子、耀斑、日冕物質拋射等太陽活動此起彼伏，這也是地球空間天氣事件的源頭——簡而言之，太陽打個“噴嚏”，包括地球在內的太陽系各大行星就容易“感冒”。
“別小看這個‘噴嚏’。強烈的太陽活動爆發(fā)釋放出的能量，相當于100億顆百萬噸級核彈同時爆炸?！薄皥A環(huán)陣”負責人、中國科學院國家空間科學中心研究員閻敬業(yè)告訴記者,一旦這些能量沖向地球，會對空間和地面的高技術系統(tǒng)造成嚴重影響。
他舉例說，空間天氣活動中的地磁感應電流，會導致高鐵、電網、輸油管線等高技術系統(tǒng)損毀，電離層擾動則會影響無線電通信信號的穩(wěn)定性和可使用的頻帶范圍，影響衛(wèi)星導航的精度，甚至導致通信和導航設施失效。這些能量還會影響航天發(fā)射，據統(tǒng)計，大約一半的航天器故障與空間天氣有關。
這時，“千眼天珠”就派上用場了——它像一部超大“射電相機”，能給科學家播報空間天氣情況，為更好地應對上述影響提供數(shù)據依據。
為何成“環(huán)”？減少“拍照”時細節(jié)的遺失
雖然全球監(jiān)測太陽“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。
“太陽的細節(jié)非常豐富，我們需要非常密集的‘相機陣’，才能減少‘拍照’時細節(jié)的遺失，實現(xiàn)高質量成像?！薄皥A環(huán)陣”副主任設計師、中國科學院國家空間科學中心副研究員武林介紹，由于太陽射電特征快速變化，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活動。
但射電望遠鏡單個鏡頭口徑很難做大。因此，科學家通過定標的方法，讓每個“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部天線均勻分布在直徑為1公里的圓環(huán)上，規(guī)模為當前全球最大。
與光學相機類似，“圓環(huán)陣”使用前也要先校準。但要讓313部天線一致將“腦袋”對準太陽并非易事。為了保證質量和工期，“圓環(huán)陣”采取“三步走”研制方案，即“2單元技術摸底、16單元成像實驗、313單元系統(tǒng)建設”。
“我們很有自信！‘圓環(huán)陣’建成16單元時，觀測效果就已經超過國外的同類型設備?！蔽淞指嬖V記者。
如何運用？未來將開啟星際“聯(lián)手”
2022年3月起，16單元成像實驗系統(tǒng)開始獲取太陽成像數(shù)據，迄今已積累了大量太陽活動圖像和頻譜數(shù)據。到今年7月，“圓環(huán)陣”已具備連續(xù)穩(wěn)定高質量監(jiān)測太陽活動的能力，脈沖星成像等射電天文觀測能力也得到初步驗證。
“監(jiān)測太陽每天只需要8小時?！痹陂惥礃I(yè)的規(guī)劃中，太陽“下班”后，“圓環(huán)陣”還有望與子午工程的其它監(jiān)測設備開啟星際“聯(lián)手”，在低頻射電巡天、脈沖星、快速射電暴和行星防御監(jiān)測預警等領域發(fā)揮作用?！氨热缗c‘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聯(lián)合觀測，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。
為滿足國家在空間天氣、射電天文等領域的重大需求，9月28日，中國科學院國家空間科學中心依托中國科學院成都分院，在成都正式成立了射頻科學與技術中心（又稱“π中心”）。
未來，“π中心”將保障“圓環(huán)陣”的可靠運行和科學產出，開展射頻科學與技術的研究、實驗及科技成果轉化，成為空間天氣、射電天文等領域的科學研究中心、學術交流中心、技術開發(fā)中心及人才培養(yǎng)中心。
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