“千眼天珠”，觀天逐日的國(guó)之重器

文/顏士州

2023 年9 月27 日，我國(guó)空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)標(biāo)志性設(shè)備之一——圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡正式建成，它是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。

監(jiān)測(cè)太陽(yáng)，守衛(wèi)地球

我們知道，在恒星中太陽(yáng)距離地球最近，它給居住在地球上的人類帶來(lái)光和熱，它的活動(dòng)與地球息息相關(guān)，太陽(yáng)一旦猛烈活動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)大面積損毀，衛(wèi)星雷達(dá)性能及導(dǎo)航精度都受到影響，高鐵短波通信也會(huì)中斷，甚至無(wú)法運(yùn)行。如果太陽(yáng)打一個(gè)“噴嚏”，地球很有可能“感冒”。

要想理解太陽(yáng)對(duì)地球的影響到底有多大，就要對(duì)太陽(yáng)及它的傳播路徑進(jìn)行高質(zhì)量監(jiān)測(cè)，圓環(huán)陣由此應(yīng)運(yùn)而生。有了它，就能監(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)入行星際的過程，這對(duì)研究太陽(yáng)活動(dòng)的規(guī)律及預(yù)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響具有很大的作用。

朵朵“葵花”向太陽(yáng)

圓環(huán)陣建在海拔3820 米的四川省甘孜州稻城縣噶通鎮(zhèn)，它由313 部直徑6 米的拋物面天線構(gòu)成，均勻分布在直徑為1 公里的圓環(huán)上。每一根天線都像眼睛，從太空中捕捉著太陽(yáng)的射電信號(hào)，圓環(huán)正中央矗立著一座高達(dá)100 米的中心定標(biāo)塔，當(dāng)?shù)鼐用穹Q之為“千眼天珠”。

每天清晨，當(dāng)太陽(yáng)冉冉升起時(shí)，太陽(yáng)的光芒照亮了千眼天珠的每一根天線，圓形陣所有天線立即開始工作，它們一起對(duì)準(zhǔn)中心定標(biāo)塔對(duì)焦校準(zhǔn)，捕捉著太陽(yáng)的射電信號(hào)，這些信號(hào)再通過復(fù)雜的處理，開始轉(zhuǎn)化為一組組數(shù)據(jù)，我們就知道太陽(yáng)的能量及活動(dòng)情況了。當(dāng)太陽(yáng)升高后，它們?nèi)缤跋蛉湛币粯訉?duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，并跟隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，為科學(xué)家提供更多關(guān)于太陽(yáng)的信息。太陽(yáng)落山后，圓環(huán)陣又開始進(jìn)行射電天文觀測(cè)，它的“眼睛”可觀測(cè)銀河系深處的脈沖星信號(hào)，這些信號(hào)通過處理，可形成一幅非常清晰的脈沖星圖像。

與現(xiàn)實(shí)環(huán)境較勁

也許你會(huì)疑惑圓環(huán)陣中的313 部天線和626 條接收鏈路能同時(shí)工作嗎？如何讓它們的幅度和相位保持一致？

圓環(huán)陣的場(chǎng)地那么大，它并非在平坦的平原上，最高處跟最低處地勢(shì)相差有30 米，如此大的落差導(dǎo)致了中心塔無(wú)法建在標(biāo)準(zhǔn)的中心位置。其次，惡劣的大風(fēng)天氣時(shí)有發(fā)生，也會(huì)導(dǎo)致中心塔不停地晃動(dòng)，這樣連接在圓環(huán)陣每根天線和中心塔之間的電纜線長(zhǎng)短不一，工作人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行安裝校正。通過不斷的調(diào)試，圓環(huán)陣每天能夠監(jiān)測(cè)太陽(yáng)達(dá)8 個(gè)小時(shí)，它的視角能觀測(cè)到10 個(gè)太陽(yáng)半徑的連續(xù)穩(wěn)定射電成像與頻譜觀測(cè)能力。

當(dāng)然，這只是開始階段，后期圓環(huán)陣還要與隱世于貴州大山里的500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“中國(guó)天眼”等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開展聯(lián)合觀測(cè)，這樣，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。