中國太空“鷹眼”掃描銀河畫卷

日前，中國科學(xué)院紫金山天文臺利用最新開發(fā)成功的毫米波邊帶分離混頻技術(shù)，自主研發(fā)了我國第一臺超導(dǎo)成像頻譜儀，一舉將我國毫米波望遠鏡的觀測能力升至國際前沿?？茖W(xué)家們期盼，憑借這一“科學(xué)的鷹眼”，可以找到更多“人類從哪里來？到哪里去？”等謎題的答案。

冷暗宇宙的奧秘

當意大利科學(xué)家伽利略第一次將望遠鏡對準天空時，人類就開始了對宇宙的探索。幾百年來，天文觀測技術(shù)不斷精進，人類的視野也隨之拓展到更遙遠的地方。

“同一個天體，在不同波段下看到的圖像是不一樣的?！弊辖鹕教煳呐_研究員王紅池說，“比如對一些發(fā)熱的恒星，光學(xué)望遠鏡就能看到；但很多冷的天體，以及形成于早期的天體，只有在毫米波段才能被觀測到，這時就需要射電望遠鏡了。此外，宇宙中布滿了塵埃，想要看到塵埃后面的東西，也需要穿透性更強的射電望遠鏡?！?/p>

近年來，對“冷暗宇宙”的研究逐漸成為國際熱點，中國也在其中發(fā)揮了重要作用。例如，作為中國短毫米波段射電天文觀測領(lǐng)域唯一的大型開放研究設(shè)備，紫金山天文臺青海觀測站的13.7米毫米波望遠鏡就取得了一系列重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

但如同一部好的相機需要一個好的CCD一樣，一架好的射電望遠鏡也離不開一個好的信號接收機。有了超導(dǎo)成像頻譜儀這只“鷹眼”，中國天文學(xué)家終于可以圓一個做了許久的天文夢。

“鷹眼”巡天

由紫金山天文臺主導(dǎo)的“銀河畫卷”巡天計劃從2011年開始實施，將覆蓋北天銀道面±5度范圍的天區(qū)以及鄰近恒星形成區(qū)、高銀緯星際分子云及其他區(qū)域，完成數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)校準、質(zhì)量檢查、編目入庫、數(shù)據(jù)匯總等任務(wù)。

“就好像對銀河系做人口普查一樣?！便y河系就像個大盤子，中間的銀道面是恒星和分子云分布最為集中的地方。

“不要小看這些存在于星星之間的分子云，恒星和星星就起源于這些‘云’。”王紅池解釋道，“所以，研究分子云在銀河系中的分布、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，是十分重要的工作?！?/p>

依據(jù)計劃，這些工作要用10年左右來完成。但是，要在如此短的時間里細細描繪浩如煙海的銀河畫卷，幾乎是一項不可能完成的任務(wù)。

超導(dǎo)成像頻譜儀再次為科學(xué)家們點燃了希望。原來，這臺儀器突破了單象元空間成像的限制，能夠同時觀測9個像素，再輔以其他技術(shù)創(chuàng)新，將望遠鏡的觀測效率提高了20倍以上。這樣，原來需要200年才能完成的銀河巡天，現(xiàn)在只需要10年了。

20年前進“1微米”

在紫金山天文臺的實驗室里，記者看到了一個“不起眼”的小零件，可它卻是研究員史生才心中最珍貴的寶貝。

這個只有1微米見方的小器件叫做超導(dǎo)隧道結(jié)芯片，卻是超導(dǎo)成像頻譜儀“核心中的核心”。為了這個“小家伙”，中國科學(xué)家奮斗了將近20年。

上世紀80年代初，中國就開始部署建設(shè)毫米波望遠鏡，這在國際上起步并不算晚。然而，由于歐美國家的技術(shù)封鎖，中國一直沒有自己的核心探測器。

就這樣，研究員史生才和同事們開始了一條自己研發(fā)的探索之路?！巴h鏡對探測器的要求是探測效率高、本身雜音小，而近年來興起的超導(dǎo)材料，剛好符合我們的要求。”

直到1996年，科研人員才將第一臺自主研發(fā)的超導(dǎo)接收機裝在了青海的望遠鏡上，而后又幾經(jīng)改造升級，使探測器性能不斷提升，在國際同類儀器中達到領(lǐng)先水平。目前，望遠鏡已在國內(nèi)外開放觀測中完成了上百個天文研究課題，取得了許多重要的發(fā)現(xiàn)。