草原天眼——明安圖觀測基地

        光明網 2021-08-06 13:15:05

        前身大事記

        1958年

        海南島中蘇日環食聯合觀測之后,蘇方將兩臺厘米波太陽射電望遠鏡贈與剛剛成立的北京天文臺,安裝在北京沙河站(1960年中蘇關系破裂,該望遠鏡被蘇聯收回),從此開啟了我國射電天文學研究的歷史。

        1959年

        北京天文臺與電子所合作組建射電天文組,王綬琯先生任組長。

        1961年

        傅其駿(圖1左一)擔任厘米波小組的組長,該小組的主要研究方向即為太陽射電天文學。

        1964年

        北京天文臺研制成功了國內第一臺3.2厘米波段的太陽射電望遠鏡。

        圖1. 1964年我國研制的第一臺太陽射電望遠鏡(圖源:傅其駿提供)

        1970年

        為滿足我國第一顆人造地球衛星發射的太陽活動預報需求,研制了太陽10.7厘米波段射電望遠鏡系統,該系統一直運行至今,已經連續工作了4個太陽活動周。

        1980年

        在密云站建成了天線直徑為9米、頻率為460MHz的4×16太陽射電復合干涉儀陣列。

        1994年

        傅其駿研究員負責的太陽射電寬帶動態頻譜儀項目開始啟動,分5個頻段分別安裝在北京沙河站(1.1-2.06GHz、2.6-3.8GHz、5.2-7.6GHz)(圖2)、紫金山天文臺(4.50-7.50GHz)和云南天文臺(0.68-1.50GHz)。

        1999年

        沙河站觀測設備全部遷至懷柔站,至今懷柔觀測站仍運行著太陽射電寬帶動態頻譜儀和太陽10.7厘米波段射電望遠鏡。同年,中國科學院國家天文臺實施創新工程,成立太陽射電研究團組,顏毅華研究員擔任首席科學家。

        圖2. 在懷柔太陽觀測基地運行的太陽射電寬帶動態頻譜儀和10.7厘米(2.84GHz)波段射電望遠鏡(圖源:譚程明攝)

        草原天眼,開啟追日夢想

        2008年,新一代厘米-分米波射電日像儀(現名為明安圖射電頻譜日像儀,英文簡稱MUSER)研制項目在內蒙古正鑲白旗明安圖鎮舉行奠基儀式。這里位于錫林郭勒草原的西南部,距離北京400多公里,地勢平坦,四周丘陵環繞,形成天然的無線電屏障,是開展射電天文觀測的極佳場所。

        2009年,新一代厘米-分米波射電日像儀項目啟動,從此明安圖太陽射電頻譜日像儀扎根草原,開始了追日之旅。明安圖射電頻譜日像儀共有100面天線,以螺旋狀結構排列在方圓10平方公里的三條旋臂上,分為低頻陣列(40面4.5米天線)和高頻陣列(60面2米天線)。采用綜合孔徑技術通過相干成像方式得到太陽射電源在不同頻段(對應于光球以上的不同高度)上高分辨亮度分布。2010年明安圖觀測站成立。

        2016年明安圖射電頻譜日像儀通過驗收,正式進入觀測階段。100面天線日出而作,日落而歸,像向日葵一樣,追隨太陽,捕捉來自太陽的射電信號,為科學家們研究太陽提供新的觀測窗口。同年,太陽射電研究團組和明安圖觀測站整合為明安圖觀測基地。

        圖3. 明安圖太陽射電頻譜日像儀遠景(圖源:顏毅華攝)

        圖4.明安圖觀測基地太陽射電頻譜日像儀中心區天線陣列(圖源:顏毅華攝)

        這里還擁有新建的明安圖甚低頻數字射電試驗陣(ULTRA-P)和甚低頻射電頻譜分析儀(LoFRE),工作頻率為1-70MHz,由倒V型天線組成,開展射電巡天和成像觀測、以及系內行星的低頻射電觀測,并與嫦娥四號中繼星(甚)低頻探測器進行地-月聯合觀測實驗。

        圖5. 甚低頻數字射電試驗陣中心區(左)和甚低頻射電頻譜分析儀(右)(圖源:陳林杰攝)

        另外,這里還擁有一個口徑3米的三頻段太陽射電望遠鏡(工作頻率分別為2801、4542、9084MHz),可用于太陽活動預報和太陽風暴事件的實時警報。

        圖6. 三頻段太陽射電望遠鏡(圖源:譚程明攝)

        永不停歇的追日腳步

        明安圖觀測基地目前還在建設國家子午工程二期太陽-行星際監測鏈分系統的超寬頻帶射電頻譜儀、米波十米波射電日像儀和行星際閃爍望遠鏡。將來明安圖觀測基地將擁有多個探測設備的聯合觀測,將獲得從太陽表面以上到近地空間的廣闊范圍內的射電圖像和頻譜,對太陽爆發活動產生的行星際擾動源(CME、激波、非熱粒子和太陽風等)的觸發機制、初發過程、加速機制、傳播規律,以及對對近地空間的相互作用和演化作用進行前所未有的細致研究,為空間天氣學研究并保障行星際空間安全提供至關重要的依據。

        圖7. 子午工程二期監測布局(圖源:王威提供)

        明安圖觀測基地將發展成為一個國際上獨一無二的集太陽物理、空間物理、空間天氣學為一體的高水平綜合性太陽射電觀測研究中心,并成為保障我國近地空間安全的重要基礎性設施。

        作者簡介:黃靜,中國科學院國家天文臺明安圖觀測基地副研究員,主要從事太陽射電物理研究、太陽射電頻譜日像儀數據分析和研究。

        文稿編輯:趙宇豪

        關鍵詞: 草原 天眼 明安 安圖

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