点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:追日利器——太阳射电望远镜
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

追日利器——太阳射电望远镜

来源:光明网2021-08-03 16:12

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  太阳射电辐射的特殊性在于它是一个“面源”,一个“强源”,一个“变源”!要求观测设备具有高灵敏度、高时间、高空间和高频率分辨能力,同时兼顾稳定性和抗干扰等性能!太阳射电观测由于地球大气窗口(图1)仅局限于~1厘米-15米波段和亚毫米波的一小段。更长的波段需要依赖空间探测。而且人类无线电干扰使得射电天文学家不得不退缩到广漠荒凉之地寻求“相对宁静”的观测频段。

追日利器——太阳射电望远镜

图1. 地球大气窗口(图源:修改自维基百科)

  最早的太阳射电观测始于20世纪30年代。美国人格罗·雷伯在1937年成功制造首架抛物面射电望远镜(图2),探测到了太阳及其它天体发出的射电波。二战期间英国防空部队的炮瞄雷达突然受到强烈的电波干扰。后来科学家J.S Hey发现这是起因于太阳的天然现象。太阳射电天文学开始发展起来。

追日利器——太阳射电望远镜

图2. 左图是格罗.雷柏设计的首架“碟形”射电望远镜,右图为原尺寸复制(图源:百度+维基百科)

  根据天线单元组成模式和观测频率,现代太阳射电望远镜可大致分类如表1。

 追日利器——太阳射电望远镜 

表1. 现代太阳射电望远镜分类

  流量计主要用于太阳射电辐射总流量的常规监测,目前国内外仍有许多同类设备在运行,例如我国明安图观测基地的三频点太阳射电望远镜(图3左)和美国空军天文台的射电太阳望远镜监测网等。

  频谱仪主要用于观测太阳大气射电辐射的宽带动态频谱特征,国际上主要有我国怀柔观测基地的太阳射电宽带动态频谱仪(图3右)、法国ORFEES和捷克Ondrejov等。

追日利器——太阳射电望远镜

图3. 左图是我国明安图观测基地三频点太阳射电望远镜,右图是怀柔观测基地的太阳射电宽带动态频谱仪(图源:谭程明摄)

  由电波原理,天体辐射的同一束电磁波的电场具有相干特性,电场的空间相干函数与天体强度分布函数为傅立叶变换关系。英国剑桥大学的赖尔和休伊什利用这个基本原理在1950年代发明了综合孔径技术,并获得了1974年的诺贝尔物理学奖。综合孔径射电望远镜是一种具有高空间分辨率、高灵敏度的能够成像的射电望远镜阵列。太阳专用的综合孔径射电望远镜也称为射电日像仪,可以较精确地观测到太阳射电辐射的空间分布信息。下列图中分别列出了国际上目前正在运行的可用于太阳观测的几个著名的综合孔径射电望远镜。

追日利器——太阳射电望远镜

图4. 美国甚大阵VLA,共27面天线,Y型排列,单天线直径25米,最长基线36公里。用于观测太阳、恒星和银河系等天体(图源:百度)

追日利器——太阳射电望远镜

图5. 日本野边山天文台射电日像仪NoRH,84面天线,T型排列,单天线直径80cm,最长基线490米,太阳专用望远镜(图源:http://solar.nro.nao.ac.jp/norh/html/gallery/norh.png)

  追日利器——太阳射电望远镜

图6. 欧洲低频阵列LOFAR,是目前最大的低频射电望远镜阵列,可用于太阳观测(图源:左图谷歌地图,右图搜狐网)

追日利器——太阳射电望远镜

图7. 阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜ALMA,共64面口径12米的射电天线,位于智利,欧洲、北美等多国共有,可用于太阳观测(图源:百度)

追日利器——太阳射电望远镜

图8. 俄罗斯科学院位于高加索的RATAN-600望远镜,直径576米,由895个11.4*2米的抛物面带型天线组成一个环形阵,主要用于太阳观测,具有非常灵敏的偏振测量能力(图源:百度)

  明安图射电频谱日像仪MUSER,由100面分列于三条阿基米德螺旋线的抛物面天线组成,最长基线3.2公里。这是我国研制的、国际上首次实现在厘米-分米波段上同时以高时间、高空间和高频率分辨率的观测的新一代太阳频谱日像仪,首次形成太阳能量释放和初始传播区的瞬间“三维”成像观测,类似于给太阳做快速CT。图9左图为三维模型图,右图为中心区天线阵。

追日利器——太阳射电望远镜

图9. 明安图射电频谱日像仪MUSER(图源:左图国家天文台制作,右图颜毅华摄影)

  由于地球电离层的吸收作用,地基射电望远镜是无法有效观测到30MHz以下的低频和频率在50GHz以上的高频太阳射电爆发的,空间太阳射电望远镜可以突破大气窗口的局限,对太阳低层大气爆发活动的高频射电辐射和在低频段的太阳爆发在行星际空间的传播特征进行观测,例如国际上WIND卫星搭载的WAVES低频射电频谱仪(图10左)和我国在嫦娥4号中继星上搭载的长波探测器(图10右)等。

追日利器——太阳射电望远镜

图10. 左图为WIND飞行器,装置有WAVES频谱仪(13.8MHz—0.03MHz)。右图是我国嫦娥4号中继星,上面装置有长波探测器NCLE(80kHz-80MHz)(图源:左图https://wind.nasa.gov/gallery.php,右图百度)

  太阳爆发起源、日冕加热、灾害性空间天气预报等重大科学与应用研究都依赖于太阳元爆发机理、微耀斑物理、三维磁结构及动力学特征的亚角秒空间分辨率、毫央斯基灵敏度的观测,现有太阳射电望远镜均难以满足这一需求。国际上目前在建的平方公里射电阵(Square Kilometer Array,缩写为SKA)是一个巨型射电望远镜阵列,将为太阳射电天文学带来新的机遇。

  未来的太阳射电望远镜将在空间分辨本领、灵敏度、快速成像和抗干扰稳定性能方面有更加惊人的突破。比如由多个大型甚至巨型望远镜组成阵列,也可以利用卫星和空间站组阵拓展基线,这将为天体物理研究及空间天气监测预警提供更强力的工具!

  作者简介:谭程明,中国科学院国家天文台副研究员,负责中国太阳射电频谱日像仪观测和数据处理。

  文稿编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 小满将至农事忙

  • 我国成功发射中星3B卫星

独家策划

推荐阅读
(解读人:王挺,系中国科普作家协会副理事长、中国科学技术大学研究员,本文原载于《科普时报》)
2025-05-21 17:56
基于全基因组SNP的种群基因组学研究揭示,全球雪豹可划分为两大遗传支系:北部支系和南部支系。基因组水平评估发现,相比雪豹南部支系,北部支系的基因组杂合度和种群遗传多样性较低,这些特征与其演化历史及较小的有效种群大小相吻合。
2025-05-21 09:38
我国的甘肃皋兰什川古梨园系统、浙江德清淡水珍珠复合养殖系统、福建福鼎白茶文化系统三项遗产系统顺利通过专家评审,正式被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产。
2025-05-21 09:43
科学家发现,在线辩论中,GPT-4一类的大语言模型(LLM)如能根据对手的个性化信息调整论据,其说服力将比人类高64.4%。瑞士洛桑联邦理工学院的Francesco Salvi和同事分别将900名美国人与另一个人或GPT-4配对,使双方辩论各种社会政治议题。
2025-05-21 09:40
近日,清华大学李菂团队联合意大利、澳大利亚、德国等多国天文学家,综合“中国天眼”FAST和南非MeerKAT阵列望远镜的优势,对银河系球状星团进行了高精度的脉冲星偏振普查。
2025-05-21 09:37
人形机器人最大的优势在于其外形特点,可以在很多工作空间实现与人类相似的工作效能,并能显著提升工作效率。
2025-05-21 09:36
研究团队综合了多种来源的观测和模拟证据,揭示了极地关键气候要素的变化特征。结果显示,北极气温以每十年0.68摄氏度的速率升高,远高于全球平均水平,南极和青藏高原也呈现出明显增温趋势。
2025-05-21 09:35
生长素是第一个被发现的植物激素,几乎参与了植物生长发育调控的每个过程。
2025-05-21 09:33
科研人员近日首次公布在我国空间站发现一个微生物新物种,并将其命名为“天宫尼尔菌”,相关科研成果在线发表于国际权威期刊上。
2025-05-20 10:24
一项研究首次揭示了肺活量从童年到老年的演变过程。
2025-05-20 10:21
津潍高铁是我国“八纵八横”高铁网京沪通道和沿海通道的重要组成部分。
2025-05-20 10:20
北京大学讲席教授杨荣贵与其在华中科技大学能源与动力工程学院的团队,制备出一种可大规模生产的多级有序穿孔结构铜网,其散热能力优于已报道方案。
2025-05-20 10:19
按照经典理论,有丝分裂或减数分裂后,每个子细胞核应当至少获得一套完整的单倍体染色体,以确保细胞正常发育和功能发挥。然而,最新研究却发现,在某些特定真菌中,
2025-05-20 03:55
最新气候数据显示,全球气温仍然极高,2025年将与2024年一道成为有记录以来最热的一年。
2025-05-19 10:49
5月17日,江西省首颗自主发射的生态环境监测卫星“南昌航空一号”,在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射入轨。
2025-05-19 10:47
航天科技看似遥远,其实与我们的生活息息相关,“高高在上”的航天实验,正在引导一场由科技创新驱动的产业变革,重塑着我们的生活方式。
2025-05-19 10:46
为提升各种场景下荧光成像性能,北京大学席鹏团队和深圳大学屈军乐团队合作,通过计算机视觉与荧光显微的融合,提出了一种暗通道光学层切算法使显微成像性能得到大幅提升。
2025-05-19 10:42
《2025中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》18日在北京发布,卫星导航专利申请总量累计突破12.9万件,继续保持全球领先。
2025-05-19 10:07
AG600“鲲龙”批生产首架机(1101)18日在广东珠海成功完成生产试飞,标志着AG600飞机通过取得生产许可证(PC)的关键环节,实物状态满足PC构型要求。
2025-05-19 10:05
去年3月,他和团队在人类历史上第一次为引力子“画像”,那篇发表在国际权威学术期刊《自然》上的论文,就在这里诞生。
2025-05-16 10:55
加载更多