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上海天文台日喀则40米射电望远镜开工,未来将服务月球与深空探测 发表时间:2023-09-18 15:12:07    分享到:
如果沿着318国道的起点上海市人民广场,一直往西,道路的终点是西藏自治区日喀则市聂拉木县中尼边境樟木口岸。如今,一台望远镜再次将两个城市连接在一起。

 

  9月15日,中国科学院上海天文台日喀则40米射电望远镜项目在日喀则开工建设,预计2024年底前具备初步观测能力,2025年3月整体竣工。

 

  这台望远镜的站址位于日喀则市西侧,距离市区约35公里,横跨两个县级行政区(萨迦县扯休乡陈村和桑珠孜区聂日雄乡加列村)。该望远镜建成后是一架大型360度全可动高精度多用途射电望远镜,将用于天问二号和嫦娥七号测定轨,未来还将服务月球与深空探测任务,并将有力促进我国射电天文科学观测研究发展。

 

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日喀则望远镜站址

 

  【提升我国VLBI网观测能力】

 

  “日喀则望远镜的建成将提升中国VLBI(甚长基线干涉测量)网的观测能力。”上海天文台台长沈志强研究员说。

 

  还记得像甜甜圈的首张黑洞照片吗?上海天文台的65米射电望远镜(天马望远镜)虽然没有参加直接观测,但其主导的东亚VLBI网,在其他频率开展长期跟踪协同观测,这一观测结果被写入首张黑洞照片的相关论文。

 

  VLBI,是射电天文学的一个里程碑技术。1932年,来自银河系中心的射电辐射被美国无线电工程师央斯基首次发现,从而打开了人类在光学波段之外进行天文观测的第一个窗口。1962年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的瑞尔,利用多架射电望远镜接收同一天体的无线电波信号,并将信号两两进行干涉,它等效于一架单口径射电望远镜,其口径相当于多架望远镜天线的最远间距,大大提高了射电望远镜的分辨率。上世纪60年代中后期,射电天文学家利用高稳定原子频标技术和高速磁记录技术,在传统的连线干涉仪基础上,创建了VLBI技术。

 

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来自银河系中心的射电辐射被首次发现

 

  上世纪80年代以来,欧洲、美国、俄罗斯、日本、韩国、澳大利亚和新西兰的VLBI网相继投入使用。在叶叔华院士的带领下,上海天文台建立了我国第一台25米口径的射电望远镜,开启了我国在射电干涉测量技术的发展之路。2004年我国探月工程正式立项,上海天文台主动提出将VLBI技术用于月球探测器的精密测定轨。2007年上海天文台牵头中国VLBI网圆满完成了嫦娥一号到五号以及天问一号的VLBI测定轨任务。VLBI的加入,帮助解决了我国当时对月球距离探测器的测控瓶颈。探月工程首任总设计师孙家栋曾经评价“VLBI技术的加入,使我国探月工程至少提前了五年”。

 

  随着我国深空探测事业的推进,对于VLBI网也提出了更高要求,能否同时观测不同天区的两个目标?现有的VLBI网,由北京、上海、昆明、乌鲁木齐的4台望远镜联网组成,虽然可采用同波束模式观测两个临近探测器,但如果这两个探测器不在VLBI网的视野范围内,就无法实现同时观测。一个VLBI网的最小组网配置是3台望远镜,于是,在西藏日喀则和吉林长白山分别建设一台40米口径大型射电望远镜的构想,被提上议事日程。未来,这两个望远镜建成后,中国VLBI网的6台望远镜将组成“双子网”,实现不同天区“双目标”探测。

 

  【这就像一把伞,撑开的面积要尽可能大】

 

  为何选址日喀则和长白山?

 

  由于VLBI技术的特点,各个望远镜之间的距离(基线)越长,所形成的“虚拟”望远镜“等效口径”就越大,分辨率也就越高。

 

  “这就像一把伞,撑开的面积要尽可能大。”上海天文台射电天文科学与技术研究室主任郑为民研究员告诉解放日报·上观新闻记者,VLBI组网时有一个基本要求,东西、南北基线长度越长越好,尽量靠近中国版图的边缘。因此,地处我国东北的吉林和西南的西藏,成为了上佳选择。

 

  考虑到射电望远镜的环境要求,需要尽可能人烟稀少,减少无线电干扰;高频信号受水汽影响大,需要空气干燥稀薄,否则只能在低频率观测。

 

  最终,日喀则和长白山被确定为最终站址。日喀则站址海拔约4100米,人迹罕至,电磁波干扰稀少。与此同时,这里晴天数多,空气干燥,有利于开展高频段射电天文观测,将拓展在100G赫兹的高频段工作能力。

 

  “与我国VLBI网现有的4台望远镜相比,日喀则望远镜的观测频率范围更宽,从1G赫兹到100G赫兹,从低频到高频都能覆盖。”郑为民说,这将推动我国在超大质量黑洞、银河系动力学研究等前沿研究中取得更多创新性成果。

 

  【记不清楚一共进藏多少回】

 

  日喀则40米射电望远镜总工程师、上海天文台研究员王锦清,记不清楚自己一共进藏多少回。从2018年起,他就进藏参与望远镜选址工作,每次来都有高原反应。“现在选的这个山谷,四面环山,地域开阔,用来做射电观测再好不过了。”王锦清告诉解放日报·上观新闻记者。

 

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2021年12月,日喀则观测站气象站建设,并投入使用

 

  由于站址缺水,他们打了一口200米的深井,但不能直接饮用,需要过滤;为了用电,他们从10多公里外拉来了电缆……

 

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2022年5月,打井取水

 

  “这里差不多是无人区,非常荒凉,我们在这里勘探、钻井,以后还要在这里开展观测,一想到既激动又自豪。”王锦清说,刚来时,到处光秃秃的,现在有点植被了,打算再种些植物,多点绿意。

 

  王锦清参与上海天马望远镜的建设时正值30岁,一晃15年过去了。“之前只能查看国外资料来了解相关技术,现在通过天马望远镜的历练和积累,我们在技术层面更有信心了。异地高原建站提出了更大的挑战,但既然选择日喀则,就体现我们的决心。”

 

  据悉,日喀则望远镜采用全新设计。为保障天线在高原、寒冷地区正常运行,采用全结构温控技术,使天线的面型精度和指向精度得以大幅度提高;采用新型优化控制方法,有效克服风扰动,保证天线指向精度;这是上海天文台第一次在上海以外的地方建设大型天文观测设施。未来将发展远程操控技术,实时监控设备状态,远程诊断故障系统。


来源:上观新闻