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草原“天眼”一览太阳风姿

日食……”8月11日,一则消息让很多天文粉们激动不已。

先进的中国射电频谱日像仪设备。国家天文台明安图观测基地位于锡林郭勒盟正镶白旗明安图镇,地处草原,四周有丘陵环绕,海拔1365m。选址明安图镇,不仅因为这里的无线电环境能满足科学研究需要,而且这里还是我国清代杰出蒙古族天文学家明安图的故乡。

,将极大地促进太阳物理和空间天气科学的发展。

  在美丽的锡林郭勒大草原上,明安图射电频谱日像仪作为“国际新一代太阳射电望远镜”,源源不断地接收太阳射电辐射,而后经仪器分析解读,呈现出直观影像,同时探测太阳剧烈活动的起因。以我国清代杰出蒙古族天文学家明安图命名的国家天文台观测基地和日像仪,在广袤草原上睁开人类探索未知的“天眼”,窥探与解读太阳的秘密。

率观测太阳爆发活动的动力学性质,探测太阳剧烈活动的起因。

  □本报记者  白莲

  “今天傍晚时分,天空将上演日偏食天象,这是今年第三次也是我国能观测到的唯一一次日食……”8月11日,一则消息让很多天文粉们激动不已。

  当日傍晚,位于锡林郭勒盟正镶白旗境内的国家天文台明安图观测基地的抛物面天线遥指西方,把中心对准太阳,密切跟踪接收来自太阳的射电辐射。这是中国科学家首次通过草原“天眼”观测日食活动。

  测绘大地,

  认识不一样的草原“天眼”

  2008年,中科院国家天文台在美丽的锡林郭勒大草原上,开始建设世界先进的中国射电频谱日像仪设备。国家天文台明安图观测基地位于锡林郭勒盟正镶白旗明安图镇,地处草原,四周有丘陵环绕,海拔1365m。选址明安图镇,不仅因为这里的无线电环境能满足科学研究需要,而且这里还是我国清代杰出蒙古族天文学家明安图的故乡。

  早在2002年,国家天文台就经国际小行星委员会批准,命名了“明安图星”来纪念这位伟大的少数民族天文学家,如今,以他名字命名的基地和日像仪正在草原上睁开人类探索未知的“天眼”,一览太阳的风姿。

  草原“天眼”——明安图射电频谱日像仪是我国太阳物理规划近5—10年大力发展的“两天两地”设备中的地面设备之一,得到了“十一五”国家“973”项目中的重大设备和中国科学院—国家自然科学基金委员会天文联合重点项目支持。

  明安图射电频谱日像仪作为“国际新一代太阳射电望远镜”,是由40面4.5米口径天线和60面2米口径天线组成。总共100面天线分别组成分米波和厘米波两个射电综合孔径阵列,阵列由放射状的三条悬臂基线分布在方圆10平方公里范围内,基线最长3公里。

  这些天线中心对准太阳,源源不断地接收太阳射电辐射,而后经仪器分析解读,呈现出直观影像,同时实现以高空间、高时间和高频率分辨率观测太阳爆发活动的动力学性质,探测太阳剧烈活动的起因。

  国际天文学联合会太阳与日球分会主席、中科院太阳活动重点实验室主任颜毅华告诉记者:“明安图射电频谱日像仪的工作原理是在干涉仪的基础上,把多个口径比较小的望远镜综合成一架大望远镜,利用傅里叶变换原理进行成像。”

  整个望远镜由2个阵列组成,其中,MUSER-I为分米波阵,由40个口径为4.5米的抛物面天线单元构成,观测频率为400MHz—2.00GHz,64个频率通道;MUSER-II为厘米波阵,由60个口径为2.0米的抛物面天线单元构成,观测频率为2.00-15.00GHz,520个频率通道。

  仰望星空,

  揭开太阳的神秘面纱

  太阳是离人类最近、对人类影响最大、也是与人类生存环境关系最为密切的一颗恒星,加强对太阳活动的起源、发生发展规律、以及未来活动预报的研究,直接关系着人类社会的生存和发展。

  太阳的剧烈爆发活动可引发灾害性空间天气事件,能对航天、卫星通信、导航、电网运行等高技术系统和设备造成损害。由于地球大气对来自太阳的射电辐射近似透明,因此地基射电望远镜是研究太阳活动最基本、最重要的手段之一。

  国际上此前已开展的太阳射电观测成效有限,在单一频率、少数几个频点上,要么只能成像观测,要么只能显示时变曲线;在较宽频率范围内,则只能显示动态频谱。

  太阳爆发活动在很宽的频带发生,科学家不仅要知道其发生的时间,更要知道具体位置,而草原“天眼”设计之初就具备这样的功能。明安图射电频谱日像仪具有在超宽频带上同时以高时间、空间和频率分辨率观测太阳的能力,各项参数在国际太阳射电观测设备中处于领先地位,为太阳耀斑和日冕物质抛射等太阳活动研究提供了新的观测手段,将极大地促进太阳物理和空间天气科学的发展。

  记者了解到,目前,明安图射电频谱日像仪的各项技术指标均达到或优于国际先进水平,主要创新点包括:采用宽频带线极化馈源加3dB电桥移相器,自主研制了具有世界先进水平的高性能超宽带双圆极化馈源;通过一系列先进技术应用和创新性的系统集成实现多通道幅相一致性和稳定性;通过解决宽带信号信道化的高效算法实现、高速延迟补偿与条纹旋转实现技术和多通道信号采集同步与相位稳定等关键技术,研制成功国际最大规模的太阳射电观测高速相关处理阵列。

  太阳射电观测,曾经在射电天文学的早期发展中发挥了非常重要的作用,目前仍然是射电天文学的重要分支。由于射电信号对日冕动力学过程无与伦比的响应能力,从而使之成为我们研究太阳活动及日地空间环境最重要的探测手段之一。世界各主要大国,如美国、俄罗斯、日本、澳大利亚、德国、法国、印度等都先后研制建成了性能各异的太阳射电望远镜并不断进行升级改造,其主要目的便是探测研究太阳活动的本质和规律,并揭示太阳活动对日地空间环境的作用和影响机制,最大限度地保障人类生存和发展的环境。

  明安图射电频谱日像仪的初步观测结果中显示图像有新的亮源、细节更丰富,能揭示更多的物理过程,空间分辨率也更高,显现出强大的探测能力。该设备在对太阳爆发的观测中具有前所未有的分辨本领,将在太阳物理及空间天气领域发挥重要作用。

  颜毅华告诉记者,2013年以来,草原“天眼”已进行了一系列太阳射电观测,提升了中国对空间天气的研究和预报能力,以此尽量避免太阳剧烈活动对人类生产生活带来的不良影响。

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