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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“打噴嚏”

觀天逐日 它為“星辰大海”護航

2023年09月30日08:53 | 來源:四川日報
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原標題:觀天逐日 它為“星辰大海”護航

鳥瞰“圓環陣”。 四川日報全媒體記者 徐浩煊 攝

  飛機從稻城亞丁機場起飛,右側舷窗外的地面隱現一個小圓點,因為造型特殊,當地人稱“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,313部直徑6米的天線,均勻地分布在直徑1公裡的圓環上。它的正式名字叫圓環陣太陽射電成像望遠鏡(下稱“圓環陣”),是國家重大科技基礎設施空間環境地基綜合監測網(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測,監測太陽“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

  作為離地球最近的恆星,太陽為我們帶來了光和熱。但太陽的情況並非一成不變,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釋放出的能量,相當於100億顆百萬噸級核彈同時爆炸。”“圓環陣”負責人、中國科學院國家空間科學中心研究員閻敬業告訴記者,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損毀,電離層擾動則會影響無線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。這些能量還會影響航天發射,據統計,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據依據。

  為何成“環”?減少“拍照”時細節的遺失

  雖然全球監測太陽“打噴嚏”的設備不少,有Y字形、螺旋形等多種形狀,但做成“圓環陣”的僅此一個。

  “太陽的細節非常豐富,我們需要非常密集的‘相機陣’,才能減少‘拍照’時細節的遺失,實現高質量成像。”“圓環陣”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,由於太陽射電特征快速變化,隻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,“圓環陣”計劃應運而生。313部天線均勻分布在直徑為1公裡的圓環上,規模為當前全球最大。

  與光學相機類似,“圓環陣”使用前也要先校准。但要讓313部天線一致將“腦袋”對准太陽並非易事。為了保証質量和工期,“圓環陣”採取“三步走”研制方案,即“2單元技術摸底、16單元成像實驗、313單元系統建設”。

  “我們很有自信!‘圓環陣’建成16單元時,觀測效果就已經超過國外的同類型設備。”武林告訴記者。

  如何運用?未來將開啟星際“聯手”

  2022年3月起,16單元成像實驗系統開始獲取太陽成像數據,迄今已積累了大量太陽活動圖像和頻譜數據。到今年7月,“圓環陣”已具備連續穩定高質量監測太陽活動的能力,脈沖星成像等射電天文觀測能力也得到初步驗証。

  “監測太陽每天隻需要8小時。”在閻敬業的規劃中,太陽“下班”后,“圓環陣”還有望與子午工程的其它監測設備開啟星際“聯手”,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域發揮作用。“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聯合觀測,能更好地發揮國家重大科技基礎設施的效能。”閻敬業說。

  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、技術開發中心及人才培養中心。

□四川日報全媒體記者 徐浩煊 吳聃 文露敏

(責編:袁菡苓、羅昱)

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