【報(bào)資訊】“千眼天珠”成功探測脈沖星 還能拍太陽“打噴嚏”

圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡由300多個(gè)直徑6米的“鍋蓋”組成。位于四川稻城的圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡臺站全景。

近日，我國自主研制的圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡(DSRT)，首次成功探測脈沖星。該系統(tǒng)位于四川甘孜稻城，是全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電成像望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計(jì)今年底正式投入科學(xué)運(yùn)行。

作為“觀天神器”，它的來頭可不小——這是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施子午工程二期的重要組成部分，是全球規(guī)模最大、性能最強(qiáng)的太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。

(資料圖)

從立項(xiàng)之時(shí)起，它就被賦予了前沿、重要的使命——監(jiān)測太陽“打噴嚏”。

觀天逐日，探秘星辰大海，這就是“大國重器”的硬核浪漫。

外形

313臺6米“鍋蓋” 分布在超大圓環(huán)上

DSRT是我國自主研制的太陽射電監(jiān)測“綜合孔徑相機(jī)”，工作在150-450MHz 頻段。

在海拔3800多米的四川稻城縣噶通鎮(zhèn)群山之間，313臺6米直徑形似鍋蓋的天線均勻分布于直徑1000米的圓環(huán)上。圓環(huán)中心100米高的定標(biāo)塔為整個(gè)觀測鏈路提供定標(biāo)基準(zhǔn)，整個(gè)圓環(huán)陣被當(dāng)?shù)鼐用穹Q為“千眼天珠”。這就是我國又一“國之重器”。

功能

觀測太陽“打噴嚏” 提供空間天氣預(yù)警

在設(shè)計(jì)之初，圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡是為監(jiān)測太陽爆發(fā)服務(wù)的。據(jù)DSRT項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、主任設(shè)計(jì)師閻敬業(yè)透露，它可以高質(zhì)量監(jiān)視太陽的爆發(fā)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)成像成譜觀測，為太陽物理和空間天氣研究提供自主數(shù)據(jù)。自2021年3月起，本著“邊建設(shè)、邊調(diào)試、邊運(yùn)行”的原則，DSRT獲取了大量太陽活動(dòng)圖像和頻譜數(shù)據(jù)，已具備監(jiān)測太陽的能力。

這個(gè)“觀天神器”能拍太陽“打噴嚏”。

系統(tǒng)采用獨(dú)特的圓環(huán)陣列構(gòu)型和原創(chuàng)的單通道多環(huán)絕對相位定標(biāo)技術(shù)，可以高質(zhì)量監(jiān)視太陽的爆發(fā)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)成像成譜觀測，為太陽物理和空間天氣研究提供自主數(shù)據(jù)。

圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡的建成能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測太陽，監(jiān)測太陽射電耀斑，跟蹤日冕物質(zhì)拋射(CME)的形成、演化和進(jìn)入行星際的全過程，對子午工程二期探索高時(shí)空分辨的日地空間環(huán)境動(dòng)態(tài)特征和變化規(guī)律起到重要作用。

探測近地威脅小天體 應(yīng)對近地小行星撞擊

除了監(jiān)測太陽“打噴嚏”，研究人員又測試了它觀星的能力。

3月28日，中科院國家空間科學(xué)中心副研究員武林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用已初步集成完畢的146個(gè)單元天線，開展了脈沖星觀測，成功獲取了連續(xù)射電圖像序列，識別出脈沖星J0332+5434在圖像中的閃爍，脈沖星定位精度達(dá)到1.8角分。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)完整驗(yàn)證了DSRT的凝視成像、探測能力，展現(xiàn)了全可動(dòng)、大視場、高靈敏、高分辨、高動(dòng)態(tài)的技術(shù)特點(diǎn)，為脈沖星、快速射電暴和近地威脅小天體探測等后續(xù)射電天文擴(kuò)展應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

去年4月，國家航天局副局長吳艷華在接受采訪時(shí)表示，我國將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，共同應(yīng)對近地小行星撞擊的威脅，為保護(hù)地球和人類安全貢獻(xiàn)中國力量。而具備了“觀星”能力的DSRT后續(xù)也有望加入近地小行星的防御系統(tǒng)，服務(wù)于近地威脅小天體探測。

揭秘

為什么要觀測太陽“打噴嚏”

圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡核心任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測地球空間天氣事件的源頭——太陽。

為什么要專門建一座望遠(yuǎn)鏡，一直盯著太陽看？

太陽是離我們最近的恒星，給地球和人類帶來了光和熱，孕育了地球上的生命，但是它也有“打噴嚏”的時(shí)候。強(qiáng)烈的太陽爆發(fā)會釋放出100億顆百萬噸級原子彈的能量，如果爆發(fā)時(shí)拋射的帶電粒子飛向地球，等離子體團(tuán)攜帶的巨大能量將對地球產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

比如導(dǎo)致地球軌道衛(wèi)星受損，北斗定位的誤差可能從“厘米級”擴(kuò)大到“百米級”，使用短波通信的對講機(jī)會全部“趴窩”，地面電網(wǎng)可能燒毀導(dǎo)致大面積停電。

“觀天神器”每天盯著太陽，看它什么時(shí)候“打噴嚏”，看它“打噴嚏”的方向和速度，就可以為衛(wèi)星等設(shè)施的正常運(yùn)行提供空間天氣預(yù)警，保障各種設(shè)備安全運(yùn)行。

延伸

子午工程標(biāo)志設(shè)備之一 實(shí)現(xiàn)從地面對日地 三維立體式探測

圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡作為子午工程二期重大設(shè)備，它也是全球規(guī)模最大性能最強(qiáng)的

太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡，是子午工程二期標(biāo)志性設(shè)備之一。

子午工程是國家布局的用于研究空間天氣的觀測網(wǎng)絡(luò)。作為我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，子午工程一期2012年投入運(yùn)行，二期工程于2019年開工，預(yù)計(jì)今年底全面建成。圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡正是子午工程二期標(biāo)志性設(shè)備之一。

子午者，南北也。子午工程一期大部分觀測設(shè)備，分布于東經(jīng)120度子午線附近，如同古人利用長城烽火臺傳遞情報(bào)信息，沿南北方向布局設(shè)備，有利于捕獲空間天氣擾動(dòng)的傳播和演化過程。

為實(shí)現(xiàn)對我國領(lǐng)土的覆蓋以及對中、小尺度空間天氣物理過程的探測，子午工程二期應(yīng)運(yùn)而生。在一期的基礎(chǔ)上，它在東經(jīng)100度和北緯40度附近增加兩條觀測鏈，形成“井”字形布局空間環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

由此，子午工程將實(shí)現(xiàn)從地面對日地空間的三維立體式探測。

建設(shè)

規(guī)模大、研制難度高 排查數(shù)百項(xiàng)技術(shù)難題

2022年11月13日，二期圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡設(shè)備，經(jīng)過四年的建設(shè)在四川甘孜稻城縣完成系統(tǒng)集成。

翻看這張“天羅地網(wǎng)”的建設(shè)時(shí)間表會發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目建設(shè)的節(jié)奏是先慢后快——2019年獲批立項(xiàng)建設(shè)，真正的313個(gè)天線的大系統(tǒng)建設(shè)從2021年末才開始。

為了充分釋放技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目組采用了“三步走”的建設(shè)方案。

第一步，試水，先建起兩座小天線，進(jìn)行系統(tǒng)研制。

第二步，驗(yàn)證，建起更復(fù)雜的16座天線系統(tǒng)，開展驗(yàn)證研制；最終，才啟動(dòng)313單元大系統(tǒng)的建設(shè)。前兩步分別于2021年8月、12月完成。在這個(gè)過程中，武林和同事楊洋協(xié)調(diào)各外協(xié)單位，從樣機(jī)研制到聯(lián)調(diào)聯(lián)試，排查和解決了數(shù)百項(xiàng)技術(shù)難題。

16單元驗(yàn)證系統(tǒng)建成時(shí)，其天線單元數(shù)量僅有國際同頻段觀測設(shè)備1/3。但其針對太陽活動(dòng)區(qū)的觀測結(jié)果，已優(yōu)于同類。這樣一來，系統(tǒng)的整體功能和性能指標(biāo)得到了驗(yàn)證，大系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)得到了充分釋放。

到了建設(shè)階段，承擔(dān)分系統(tǒng)研制的各外協(xié)單位的建設(shè)者們又克服疫情、高寒缺氧的影響，持續(xù)在海拔3800米的高原上戰(zhàn)斗，最終使得設(shè)備系統(tǒng)集成工作比預(yù)計(jì)時(shí)間提前50天完成。　

知多D

脈沖星是什么？

能夠發(fā)出有規(guī)律的射電脈沖信號的星球。1967年，英國天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了脈沖星，當(dāng)時(shí)有人認(rèn)為是一種名叫“小綠人”的外星人給我們地球人的一種信號。脈沖星是超新星爆炸后形成的中子星，它是半徑僅有10千米左右的超高密度星體，1立方厘米的質(zhì)量就能有10億噸。脈沖星自轉(zhuǎn)非常快，例如金牛星座中著名的中國新星1045年爆發(fā)后遺留下一片蟹狀星云，它的中心就是一顆脈沖星，每秒鐘可以自轉(zhuǎn)約30次，能以0.033秒為周期發(fā)出射電波脈沖。中子星的自轉(zhuǎn)和輻射，使地球上的觀測者，有時(shí)看見，有時(shí)看不見。

統(tǒng)籌/整合 易福紅 楊存海 實(shí)習(xí)生 李燕妮 黃俊淇 文圖來源 新華社 央視新聞 四川日報(bào)

責(zé)任編輯：Rex_06