中科院云南天文台40米射电望远镜:看穿穹顶之上的奥秘(神秘的地球配图)

时间:20-01-16 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 18 次



中科院云南天文台40米射电望远镜:看穿穹顶之上的奥秘


中科院云南天文台40米射电望远镜:看穿穹顶之上的奥秘(神秘的地球配图)


(神秘的地球报道)据中国科学报(记者 彭科峰 见习记者 郭爽):总有一些装备,看似毫不起眼,其实大有乾坤;看似毫无用途,其实大有神通;看似无足轻重,其实意义重大。布置在全国各地的众多大科学装置,就是这样的设备。当然,中科院云南天文台的40米射电望远镜,更是其中的佼佼者。


我们居住在一个地球上,但总是对银河系乃至河外星系心存向往。因为在浩瀚的太空之中,或许蕴藏着人类起源的奥秘。了解它们,也是在了解人类自身。近年来,凭借着这座40米射电望远镜,中外科学家们发现了太多的奥秘。同时,它也是嫦娥探月计划中的宝贵一环,为嫦娥系列卫星提供着强有力的保障。


展望未来,在中科院云南天文台副台长汪敏看来,这座40米射电望远镜,必将在中国乃至全人类的深空探测过程中,发挥更加重大的作用。


三大主体结构


中科院云南天文台以地面天文观测和天体物理研究为主,在恒星演化理论、活动星系核、地面高精度天体定位等领域的科研成果达世界水平。在中国神舟四号飞船和神舟五号、神舟六号载人飞船发射、飞行至返回期间,云南天文台曾与相关部门一道出色地完成了对太阳活动所进行的实时监测任务。


闻名国内外的40米射电望远镜,就位于中科院云南天文台凤凰山园区之内。


据科研人员介绍,这台设备由中国科学院国家天文台、中电集团39所联合研制,于2005年8月动工兴建,2006年5月投入运行,直径40米的锅状天线展开面积相当于4个篮球场。


“具体来说,它位于东经116°58′、北纬40°33′,海拔高度有1960米。”中科院云南天文台副台长汪敏向记者介绍说。


这座40米射电望远镜由天线结构系统、射频馈电系统、伺服控制系统等三部分组成。“这三部分构成的40米射电望远镜,具有较好的刚重比和稳定性,具有良好的电性能,同时天线的重量较轻,总重约达360吨。它目前的工作频率在S/X频段,指向精度30角秒。”汪敏说。


探月工程的“大功臣”


40米射电望远镜的建设和我国的探月工程密不可分。


据专家介绍,建设40米射电望远镜的最初目的,就是承担探月工程中的两项任务。其一是负责探月卫星下行科学数据接收;其二则是与中科院天文台系统的其他三台射电望远镜(新疆天文台和上海天文台的25米望远镜,以及国家天文台密云50米射电望远镜)一起,用VLBI(甚长基线干涉)方法,完成对探月卫星轨道的测量。


事实上,中国科学院的VLBI网是测轨系统的一个分系统,由北京、上海、昆明和乌鲁木齐的4个望远镜以及位于上海天文台的数据处理中心组成。这样一个网络所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多公里的巨型综合望远镜,测角精度可以达到百分之几角秒,甚至更高。值得一提的是,每台望远镜依次的直线距离约在2000~3000公里。


举例来说,嫦娥一号任务中,中科院VLBI测轨分系统从2007年10月27日起,即卫星24小时调相轨道段的第一天,正式实施对嫦娥一号卫星的测量任务,完成了24小时、48小时调相轨道、地月转移轨道段和月球捕获轨道段等大量测量任务。


在多次的测量任务中,VLBI分系统的各测站和数据处理中心设备工作正常,VLBI测量数据及时传输到北京的航天飞控中心,满足了工程的要求,为嫦娥系列卫星的精确定轨作出了重要贡献,功不可没。


汪敏告诉记者,由于探月卫星不同于以前围绕地球运转的人造卫星,其最远距离达到近40万公里,因此,必须使用大口径接收天线,才能接收到遥远距离传送过来的微弱信号。此外,对遥远卫星的精密定位,也极为重要。通过多面大口径天线组网,利用VLBI就可以满足这个要求。


2007年10月至2009年3月,40米射电望远镜圆满完成了嫦娥一号卫星的任务。2010年10月后,又圆满完成了嫦娥二号卫星的相关任务。现在,它正在执行嫦娥三号卫星的相关任务。


目前,40米望远镜配备有国际水平的VLBI终端,并已经成功参与EVN(欧洲VLBI网)、CVN(中国VLBI网)和IVS(国际测地网)的联测,取得较好结果,并得到国际VLBI组织的重视。2010年,EVN还特别赠送了我国一套VLBI终端。


那么,这座40米射电望远镜有哪些先进技术呢?对此,汪敏特意指出,40米望远镜的天线及接收系统都是由我国自主研制的。“它与同时研制的密云50米天线,分别为当时国内口径第一和第二的射电望远镜。”


深空探测显身手


除了承担探月任务,近年来,40米射电望远镜在深空探测方面发挥了巨大的作用。


40米望远镜位于我国南部,具有观测南方天体的独特地理优势。因此,中科院云南天文台的科研人员一直致力于开展天文观测研究工作。


2011年起,科研人员利用专用脉冲星终端进行观测,已经得到90余颗脉冲星的平均轮廓,已能检测到1mJ的暗弱脉冲星,并已初步建立了脉冲星到达时间测量系统。


其中,在2011年8月31日,云南天文台射电天文研究组的郝龙飞、李志玄、徐永华、董江等人,与国家天文台研究员金乘进合作,在40米射电望远镜上,利用脉冲星数字滤波器(PDFB)观测系统和S/X波段致冷接收机,对船帆座脉冲星VELA(PSRJ0835-4510)进行了观测,成功获得了该脉冲星在S/X波段的脉冲平均轮廓。


“40米射电望远镜既是探月工程的重要设备,今后,还会继续承担嫦娥工程的相关任务及其他的深空探测任务。”汪敏对于这台设备的未来用途给出了这样的判断。


他同时也指出,40米射电望远镜也是一台颇具威力的天文望远镜,它既可以独立开展天文观测,也可以和其他射电望远镜一起组网进行天文观测。今后继续拓展该望远镜的天文观测能力,是重要发展方向。


当然,对于天文望远镜来说,其运行也有着较高的要求。射电望远镜的口径越大,其探测能力也就越强。但与此同时,口径越大意味着整个望远镜系统的质量越大。建造这些“庞然大物”的最大难度,在于长期保持其精确度和稳定性。


汪敏指出,由于40米射电望远镜的天线距离昆明市区很近,复杂的电磁环境将对天线的正常使用带来严重威胁。“无线电环境的管理和保护,也是今后我们要面对的问题。这需要无线电管理部门能够予以关注,未来我们也会采取各种技术措施予以应对。”



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