觀天逐日，探秘星?！а厶熘檫@般“盯著”日月星辰→

9月27日，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心牽頭建設(shè)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)”（子午工程二期）標(biāo)志性設(shè)備之一——圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱圓環(huán)陣，DSRT）順利通過(guò)工藝測(cè)試。這一的國(guó)之重器，不僅能監(jiān)測(cè)太陽(yáng)“打噴嚏”，還可成功探測(cè)脈沖星，為我國(guó)太陽(yáng)物理和空間天氣研究提供高質(zhì)量的自主觀測(cè)數(shù)據(jù)。

它建于海拔3820米的四川省甘孜州稻城縣嘎通鎮(zhèn)，它由313個(gè)直徑6米的拋物面天線組成，所有天線均勻分布在直徑1000米的圓環(huán)上，圓環(huán)中心100米高的定標(biāo)塔為整個(gè)觀測(cè)鏈路提供定標(biāo)基準(zhǔn)，狀如一顆巨大的“千眼天珠”，因此被昵稱為“千眼天珠”，其占地面積約1平方公里，是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。

一、監(jiān)測(cè)太陽(yáng)“打噴嚏”

太陽(yáng)也會(huì)“打噴嚏”，而且威力還不小！作為離地球最近的恒星，太陽(yáng)雖然看起來(lái)很平靜，但其實(shí)“動(dòng)作”很多，黑子、耀斑、太陽(yáng)風(fēng)……當(dāng)發(fā)生日冕物質(zhì)拋射時(shí)，太陽(yáng)會(huì)噴出大量帶電粒子。強(qiáng)烈的太陽(yáng)爆發(fā)會(huì)釋放出100億顆百萬(wàn)噸級(jí)核彈的能量，一旦沖向地球，會(huì)造成嚴(yán)重影響。

高鐵、電網(wǎng)、輸油管線等地面高技術(shù)系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)榈卮艛_動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流而癱瘓甚至損毀，天上的衛(wèi)星也可能由于災(zāi)害性空間天氣受損。

“千眼天珠”是為監(jiān)測(cè)太陽(yáng)而建，圓環(huán)陣不但能監(jiān)測(cè)太陽(yáng)的各種爆發(fā)活動(dòng)，還能監(jiān)測(cè)太陽(yáng)風(fēng)暴進(jìn)入行星際的過(guò)程，這對(duì)于理解太陽(yáng)爆發(fā)機(jī)制和日地傳播規(guī)律，預(yù)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響具有重要作用。

DSRT的核心任務(wù)就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地球空間天氣事件的源頭——太陽(yáng)?！斑@些拋物面天線就像向日葵一樣，時(shí)刻追隨著太陽(yáng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)?！鼻а厶熘?13面單元天線接收到的信號(hào)，經(jīng)過(guò)800米的長(zhǎng)光纖傳輸回中央機(jī)房，再進(jìn)行變頻、采集等后續(xù)處理，可以像巨大的“射電相機(jī)”一樣測(cè)量太陽(yáng)的射電圖像和頻譜。

再通俗點(diǎn)說(shuō)，千眼天珠就是盯著太陽(yáng)看。結(jié)合其他監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出等離子體到達(dá)地球的時(shí)間，從而為衛(wèi)星、通信設(shè)施、電網(wǎng)等正常運(yùn)行提供空間天氣預(yù)警，保障各種設(shè)備的運(yùn)行安全。

要想看得清，選址很重要。這里海拔3830米，空氣稀薄，透明度高；緯度較低，可觀測(cè)到的天區(qū)范圍更大；群山環(huán)抱下，人類生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾也能被有效隔絕。

二、探測(cè)脈沖星

脈沖星是一種快速旋轉(zhuǎn)的中子星，由恒星演化和超新星爆發(fā)產(chǎn)生，可用于引力波探測(cè)、黑洞等相關(guān)研究。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，所謂脈沖星是會(huì)旋轉(zhuǎn)的中子星，但并非旋轉(zhuǎn)的中子星都是脈沖星，因?yàn)榻^大多數(shù)（幾乎所有）中子星都會(huì)旋轉(zhuǎn)。

中子星有一個(gè)很顯著特征，就是會(huì)從星體磁極釋放出強(qiáng)大的輻射，而磁極與脈沖星的自轉(zhuǎn)軸不重合，會(huì)隔一段距離，這樣中子星轉(zhuǎn)一圈，電磁輻射就像燈塔一樣掃過(guò)太空一圈，當(dāng)這個(gè)輻射脈沖掃射到地球時(shí)，被地球射電望遠(yuǎn)鏡所捕捉，人們就發(fā)現(xiàn)了一顆新的脈沖星。

因此準(zhǔn)確地說(shuō)，脈沖星是會(huì)旋轉(zhuǎn)的中子星，其磁極能量輻射掃過(guò)了地球，就成為了中子星。因?yàn)橹凶有嵌己苄?，一般半徑?0千米左右，因此如果沒(méi)有這種脈沖輻射，是很難發(fā)現(xiàn)的。

脈沖星的自轉(zhuǎn)速度極快，人類在1967年發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星，每?jī)蓚€(gè)脈沖時(shí)間間隔僅為1.337秒，這也說(shuō)明這顆脈沖星是每1.337秒轉(zhuǎn)一圈；現(xiàn)在世界上發(fā)現(xiàn)的所有脈沖星，脈沖間隔時(shí)間最長(zhǎng)的也只有11.765735秒，最短的只有0.0014秒。

脈沖星的脈沖就像人的脈搏或鐘表，一下一下不斷重復(fù)出現(xiàn)，非常精準(zhǔn)且周期非常穩(wěn)定。

DSRT曾成功獲取了連續(xù)射電圖像序列，首次從連續(xù)射電圖像中實(shí)時(shí)識(shí)別出脈沖星閃爍。DSRT由此開(kāi)啟了觀測(cè)脈沖星和快速射電暴的“副本”任務(wù)。

2023年3月，正處于系統(tǒng)調(diào)試階段的圓環(huán)陣，開(kāi)展了我國(guó)首次基于射電圖像序列的脈沖星探測(cè)實(shí)驗(yàn)，從連續(xù)射電圖像中成功識(shí)別出脈沖星閃爍。5月，圓環(huán)陣與歐洲低頻陣列（LOFAR）開(kāi)展了聯(lián)合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了交叉驗(yàn)證。7月，圓環(huán)陣已具備連續(xù)穩(wěn)定高質(zhì)量監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的能力，脈沖星成像等射電天文觀測(cè)能力得到初步驗(yàn)證，開(kāi)啟了科學(xué)試觀測(cè)。

三、建設(shè)難度與攻克難題

要實(shí)現(xiàn)圓環(huán)陣的科學(xué)觀測(cè)目標(biāo)，313部天線和626條接收鏈路都要具有非常好的幅度和相位一致性。

在建設(shè)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，提出了原創(chuàng)的圓環(huán)陣列構(gòu)型和中心定標(biāo)總體方案，突破了單通道多環(huán)絕對(duì)相位定標(biāo)等關(guān)鍵技術(shù)。

此次工藝測(cè)試表明，圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了最大視場(chǎng)達(dá)到10個(gè)太陽(yáng)半徑的連續(xù)穩(wěn)定的太陽(yáng)射電成像與頻譜觀測(cè)能力，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于初步設(shè)計(jì)報(bào)告的指標(biāo)要求。

本著“邊建設(shè)、邊調(diào)試、邊運(yùn)行”的原則，自2022年3月起，16單元成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就已經(jīng)開(kāi)始獲取太陽(yáng)成像數(shù)據(jù)，迄今已積累了大量太陽(yáng)活動(dòng)圖像和頻譜數(shù)據(jù)。

四、未來(lái)展望

下個(gè)階段，圓環(huán)陣將在白天觀測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)，為太陽(yáng)物理和空間天氣研究提供長(zhǎng)時(shí)間序列高質(zhì)量數(shù)據(jù)，并與子午工程的其它監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)。

此外，圓環(huán)陣還將與五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“中國(guó)天眼”、“中國(guó)復(fù)眼”雷達(dá)陣列、三亞非相干散射雷達(dá)等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)，有望在低頻射電巡天、脈沖星、快速射電暴和行星防御監(jiān)測(cè)預(yù)警等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

綜合來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)、科技日?qǐng)?bào)、光明網(wǎng)、人民網(wǎng)、時(shí)空通訊