觀天逐日，探秘星?！а厶熘檫@般“盯著”日月星辰→

9月27日，由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心牽頭建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)”（子午工程二期）標(biāo)志性設(shè)備之一——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡（以下簡稱圓環(huán)陣，DSRT）順利通過工藝測試。這一的國之重器，不僅能監(jiān)測太陽“打噴嚏”，還可成功探測脈沖星，為我國太陽物理和空間天氣研究提供高質(zhì)量的自主觀測數(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)塔為整個觀測鏈路提供定標(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)測太陽“打噴嚏”

太陽也會“打噴嚏”，而且威力還不?。∽鳛殡x地球最近的恒星，太陽雖然看起來很平靜，但其實“動作”很多，黑子、耀斑、太陽風(fēng)……當(dāng)發(fā)生日冕物質(zhì)拋射時，太陽會噴出大量帶電粒子。強烈的太陽爆發(fā)會釋放出100億顆百萬噸級核彈的能量，一旦沖向地球，會造成嚴(yán)重影響。

高鐵、電網(wǎng)、輸油管線等地面高技術(shù)系統(tǒng)可能會因為地磁擾動產(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)測太陽而建，圓環(huán)陣不但能監(jiān)測太陽的各種爆發(fā)活動，還能監(jiān)測太陽風(fēng)暴進入行星際的過程，這對于理解太陽爆發(fā)機制和日地傳播規(guī)律，預(yù)測太陽活動對地球的影響具有重要作用。

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

再通俗點說，千眼天珠就是盯著太陽看。結(jié)合其他監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以計算出等離子體到達(dá)地球的時間，從而為衛(wèi)星、通信設(shè)施、電網(wǎng)等正常運行提供空間天氣預(yù)警，保障各種設(shè)備的運行安全。

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，可觀測到的天區(qū)范圍更大；群山環(huán)抱下，人類生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的電磁干擾也能被有效隔絕。

二、探測脈沖星

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、黑洞等相關(guān)研究。

簡單地說，所謂脈沖星是會旋轉(zhuǎn)的中子星，但并非旋轉(zhuǎn)的中子星都是脈沖星，因為絕大多數(shù)（幾乎所有）中子星都會旋轉(zhuǎn)。

中子星有一個很顯著特征，就是會從星體磁極釋放出強大的輻射，而磁極與脈沖星的自轉(zhuǎn)軸不重合，會隔一段距離，這樣中子星轉(zhuǎn)一圈，電磁輻射就像燈塔一樣掃過太空一圈，當(dāng)這個輻射脈沖掃射到地球時，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，脈沖星是會旋轉(zhuǎn)的中子星，其磁極能量輻射掃過了地球，就成為了中子星。因為中子星都很小，一般半徑在10千米左右，因此如果沒有這種脈沖輻射，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，每兩個脈沖時間間隔僅為1.337秒，這也說明這顆脈沖星是每1.337秒轉(zhuǎn)一圈；現(xiàn)在世界上發(fā)現(xiàn)的所有脈沖星，脈沖間隔時間最長的也只有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)射電圖像中實時識別出脈沖星閃爍。DSRT由此開啟了觀測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，開展了我國首次基于射電圖像序列的脈沖星探測實驗，從連續(xù)射電圖像中成功識別出脈沖星閃爍。5月，圓環(huán)陣與歐洲低頻陣列（LOFAR）開展了聯(lián)合觀測實驗，實現(xiàn)了交叉驗證。7月，圓環(huán)陣已具備連續(xù)穩(wěn)定高質(zhì)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得到初步驗證，開啟了科學(xué)試觀測。

三、建設(shè)難度與攻克難題

要實現(xiàn)圓環(huán)陣的科學(xué)觀測目標(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)過程中，項目團隊攻克了一系列關(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)絕對相位定標(biāo)等關(guān)鍵技術(shù)。

此次工藝測試表明，圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡實現(xiàn)了最大視場達(dá)到10個太陽半徑的連續(xù)穩(wěn)定的太陽射電成像與頻譜觀測能力，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于初步設(shè)計報告的指標(biāo)要求。

本著“邊建設(shè)、邊調(diào)試、邊運行”的原則，自2022年3月起，16單元成像實驗系統(tǒng)就已經(jīng)開始獲取太陽成像數(shù)據(jù)，迄今已積累了大量太陽活動圖像和頻譜數(shù)據(jù)。

四、未來展望

下個階段，圓環(huán)陣將在白天觀測太陽活動，為太陽物理和空間天氣研究提供長時間序列高質(zhì)量數(shù)據(jù)，并與子午工程的其它監(jiān)測設(shè)備開展聯(lián)合觀測。

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

綜合來源：光明日報、科技日報、光明網(wǎng)、人民網(wǎng)、時空通訊