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一个在海拔4100米的青藏高原,一个在最低气温达到零下40℃的东北。今天(12月27日),由中国科学院上海天文台建设运行的日喀则和长白山两台40米口径射电望远镜落成,启用仪式在上海松江、西藏日喀则、吉林长白山同步举行。
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) X/ d2 b' w6 O& W0 b7 U从此,我国甚长基线干涉测量(VLBI)网由“四站一中心”升级为“六站一中心”,可同时观测2个不同天区的月球与深空探测器,不仅能更加有力保障探月四期和深空探测任务,还将成为支撑射电天文研究观测的新利器。
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2 o g5 ^1 `6 x* s5 O我国VLBI网升级为“六站一中心”。
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- V( C$ |' P b. C2 b& G两台望远镜相距3800公里,为何会选址日喀则和长白山?
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8 p0 U0 D, M% J) {【升级中国VLBI网,剑在弦上】
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* t. M- |# P1 q3 I这还得从VLBI技术说起。3 `' s. f$ g% E/ h
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今年97岁高龄的中国科学院院士、上海天文台名誉台长叶叔华,正是这一技术在我国发展的重要推手。她在今天的视频致辞中亦难掩“欣慰与喜悦”。5 p% L5 _' |" O `
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0 }& f( F5 a6 S) i4 L/ K叶叔华院士视频致辞。黄海华 摄 ; \. ?( I7 d' G% W
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VLBI是射电天文学的一个里程碑技术,利用干涉测量,多个望远镜可等效成一台口径更大的望远镜。
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) E( w( I: X+ W& d$ K, t- C7 z“它能达到迄今所有天文观测手段所能给出的最高分辨率,是哈勃空间望远镜分辨率的数百倍,相当于在地球上能分辨月球上篮球大小的物体。”上海天文台台长沈志强告诉解放日报·上观新闻记者,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”越大,分辨率越高。
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- U O# ~# g% ^( A2 F7 d$ P; O上海天文台基于在射电天文领域的深厚积累,牵头中国VLBI网圆满完成嫦娥一号到五号以及首个火星探测器“天问一号”的测定轨任务。探月工程首任总设计师孙家栋曾高度评价:“VLBI技术的加入,使我国探月工程至少提前了五年。”
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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?一个VLBI网的最小组网配置是3台望远镜,而我国原有的VLBI网只有4台望远镜和一个数据处理中心,不足以构建“双子网”。
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于是,再建两台40米口径射电望远镜的构想被提上议事日程。VLBI组网有一个基本要求,东西、南北基线越长越好,因此靠近中国版图边缘的日喀则和长白山,成为一个优先考虑的“组合”。' H8 I5 O- D. h1 D5 W( t, }3 W
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日喀则40米口径射电望远镜
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5 f( Q0 k7 l8 y( p- a5 W' f% f日喀则海拔约4100米,人迹罕至,电磁波干扰稀少;长白山保持着自然风貌,鲜有灾害性天气。此外,这两个地方多为晴天,空气干燥,特别适合开展高频段观测。就这样,日喀则和长白山被确定为最终站址。
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长白山两台40米口径射电望远镜 1 \1 y5 h3 ?! Y' i( ?* K* a0 F
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【仅用1年零3个月建成两台望远镜】
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& \" j0 c' z3 A& _- l日喀则40米口径射电望远镜总工程师王锦清,已记不清自己进藏多少回。从2018年起他就参与望远镜选址和建设,每次来都有高原反应。9 b3 g& N% w: l' B, y
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望远镜距离日喀则市区约35公里,差不多是无人区,非常荒凉。缺水,他们就打了一口200米的深井,但需要过滤;没电,他们就从10多公里外拉来了电缆;刚去时到处光秃秃,他们就种上植物,多点绿意……
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打井取水。 2 v/ y. Y0 Y4 ]' X/ f
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同样地,这几年为了望远镜的选址和建设,长白山40米口径射电望远镜总工程师李斌差不多每年去10次长白山,附近10多个林场几乎跑遍了。
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第一次来到马鞍山林场,李斌就喜欢上了它,“这里就是一个大的森林,种植了许多的红松、白桦林……”
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望远镜往东距离天池还有25公里,往西距离最近的松江河镇45公里,方圆3公里没有常住人口,非常适合观测。. M! I& `3 \# ]% F0 b: @
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在马鞍山林场附近进行电磁环境测量。
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% s- X q" c/ ?% [. b' g5 y' K) K在探月工程支持下,上海天文台于2023年9月相继启动了长白山和日喀则40米口径射电望远镜建设,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。在日喀则,重点考虑的是高原特性和防风沙及防冻要求;针对长白山的大雪、极寒气候条件,望远镜采用了整体保温设计。
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0 A7 X4 r- Y G! I1 n# \, u) G) Q尽管建设条件异常艰苦,在中国电子科技集团公司第54研究所和第39研究所通力合作下,仅用1年零3个月,就完成了两台望远镜的建设,并成功获得VLBI干涉条纹。
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【测量精度将从4纳秒提升到3纳秒】: t+ H! ^' @3 M# N
, w5 Q7 {* G( c! _* s从日喀则到长白山相距3800公里,这意味着中国VLBI网最长基线即“等效口径”,将超过原有从上海到乌鲁木齐之间的3200公里。这也意味着,可视天区提高25%,X波段角分辨率较过去提升18%。
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中国VLBI网的6台望远镜将组成“双子网”,同时探测不同天区的“双目标”,测量精度将从过去的4纳秒提升到3纳秒。
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“长白山望远镜的观测频谱,从700M赫兹到50G赫兹连续覆盖,观测波段最高还可拓展至100GHz,这在国际上也比较少见。”李斌告诉解放日报·上观新闻记者。
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长白山40米口径射电望远镜。 % [4 q" l. _5 P! }. w+ _
5 w. M& l# s% Z长白山40米口径射电望远镜更靠近我国版图东侧,相比上海天马望远镜将提前26分钟捕获到深空目标。% K# q0 ~7 O$ }! U$ g) J
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日喀则40米口径射电望远镜的观测频率是从1G赫兹到100G赫兹,从低频到高频都能覆盖。这将助力我国在超大质量黑洞、致密天体等前沿领域进行探索。: r3 o0 L2 ?$ |4 j$ ~
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, r# L4 [2 E0 C4 E: x日喀则40米口径射电望远镜。
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$ M, o/ W' N% Z6 K; _; q- {“探测小行星的天问二号将在2025年5月前后发射,嫦娥七号最快将在2026年发射,我们期待升级后的中国VLBI网为月球和深空探测,乃至载人登月做出更大贡献。”沈志强说。
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$ ^4 a" Z! K; f, H! L, ?! c题图来源:黄海华 摄 图片来源:除署名图片,其他由上海天文台提供 ) h" \% P& M" D: }7 Z
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来源:作者:解放日报 黄海华 |