陳春全

在海拔3820米的四川省甘孜藏族自治州稻城縣噶通鎮(zhèn)，313部直徑6米的拋物面天線均勻排布，圍成一個(gè)直徑為1千米的大圓環(huán)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，宛如平放在高原上的一串珍珠，被當(dāng)?shù)鼐用裥蜗蟮胤Q為“千眼天珠”。

2023年9月27日，我國(guó)空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)標(biāo)志性設(shè)備之一的圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡通過工藝測(cè)試。它是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，也是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)”（“子午工程”二期）的標(biāo)志性設(shè)備之一，將為我國(guó)太陽(yáng)物理和空間天氣研究提供高質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)。

子午工程

在大圓環(huán)的中間，聳立著一座高達(dá)100米的中心定標(biāo)塔。定標(biāo)塔是圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分，能為313部拋物面天線及接收鏈路間一致性標(biāo)定提供基準(zhǔn)信號(hào)。簡(jiǎn)單地說，就是每天太陽(yáng)升起之前，圓環(huán)上的313部拋物面天線會(huì)同時(shí)對(duì)準(zhǔn)中心定標(biāo)塔“對(duì)焦、校準(zhǔn)”。待太陽(yáng)升起之后，這些反射面天線便會(huì)如同向日葵一樣，對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)并跟隨它轉(zhuǎn)動(dòng)。

圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡屬于“子午工程”二期的標(biāo)志性設(shè)備。什么是“子午工程”呢？

正所謂：“子午者，南北也?！薄白游绻こ獭比Q“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈”，是利用東經(jīng)120°子午線附近、北緯30°緯度線附近現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)臺(tái)站，建成的一個(gè)以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合的，運(yùn)用地磁（電）、無(wú)線電、光學(xué)和探空火箭等多種手段的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。它是為了了解空間環(huán)境變化規(guī)律、我國(guó)上空環(huán)境的區(qū)域性特征而建立的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠更好地保證我國(guó)航天器、航天員、衛(wèi)星的安全。

空間天氣

圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡陣列。

綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是一種具有高空間分辨率、高靈敏度、能夠成像、適合于探測(cè)強(qiáng)度不變射電源的射電望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)單地說，就是把一個(gè)巨大孔徑的鏡頭分解成許多小孔徑天線，每個(gè)小孔徑都能夠同步接收外界的信號(hào)。然后，把所有小孔徑天線接收到的信號(hào)加在一起，就能等于或大于原來的大孔徑鏡頭的成像。

眾所周知，射電望遠(yuǎn)鏡的直徑越大，空間分辨率也就越高。圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡的直徑雖然只有1千米，但是采用了綜合孔徑成像方法，理論上可以讓天線的空間分辨率加倍。

那么，我們究竟能用這臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡來看什么呢？

在地面30千米以上的地方，我們稱之為“宇宙空間”。那里和地面一樣，也有變幻莫測(cè)的“天氣”。但是，空間天氣和地面天氣截然不同，它是指由于太陽(yáng)黑子、太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射等太陽(yáng)活動(dòng)引起的日地空間環(huán)境條件的短時(shí)間尺度變化。

空間天氣的變化會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，最直接的后果就是會(huì)損壞人造衛(wèi)星上的儀器、太陽(yáng)能電池板等設(shè)備，影響導(dǎo)航和通信。尤其是當(dāng)太陽(yáng)往外噴射的高速帶電粒子流（太陽(yáng)風(fēng)）十分強(qiáng)勁的時(shí)候，就會(huì)形成恐怖的“太陽(yáng)風(fēng)暴”。它襲擊地球，就會(huì)產(chǎn)生磁暴，也就是地球磁場(chǎng)的強(qiáng)烈擾動(dòng)，從而導(dǎo)致地球上的輸電線路癱瘓。

圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡能夠監(jiān)測(cè)太陽(yáng)的日冕物質(zhì)拋射從生成到高日冕傳播的全過程，以研究太陽(yáng)爆發(fā)的機(jī)理和過程，同時(shí)還能對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)進(jìn)行高精度的成像觀測(cè)，獲取太陽(yáng)及日冕物質(zhì)拋射的真實(shí)圖像，為空間天氣研究、探測(cè)、預(yù)報(bào)提供參考。

太陽(yáng)“打噴嚏”，地球可能會(huì)“感冒”。所以，科學(xué)家形象地說，圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡就是用來拍太陽(yáng)“打噴嚏”的設(shè)備。

看日觀星

雖然太陽(yáng)爆發(fā)所釋放的能量能夠大到相當(dāng)于100億顆百萬(wàn)噸級(jí)原子彈的能量，但是太陽(yáng)距地球有約1.5億千米的距離，所以太陽(yáng)外層大氣日冕的耀斑、等離子體以及拋射釋放出來的高能粒子流到達(dá)地球也需要數(shù)十個(gè)小時(shí)。

不過，當(dāng)太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)，拋射出的高速等離子體會(huì)在不同頻段的電磁波上出現(xiàn)。而電磁波的速度比太陽(yáng)拋射的高能粒子要快上很多，只需要幾分鐘便可到達(dá)地球。因此，利用圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽(yáng)發(fā)出的電磁波，就可以提前1～3天預(yù)測(cè)太陽(yáng)爆發(fā)是否會(huì)對(duì)地球以及空間中的航天器等產(chǎn)生影響。

也就是說，圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡能夠?yàn)槲覀兲峁┛臻g天氣預(yù)報(bào)。

那么，問題又來了：這么大一套設(shè)備白天能夠“看”太陽(yáng)，那晚上它又能“看”什么呢？

“我仰望星空，它是那樣寥廓而深邃；那無(wú)窮的真理，讓我苦苦地求索、追隨?！蓖覀円粯?，圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡晚上也不會(huì)“閑”著，它也“仰望”著星空。

中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家利用圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡獲取了連續(xù)射電圖像序列，成功識(shí)別出了脈沖星J0332+5434在圖像中的閃爍。更讓人振奮的是，脈沖星定位精度達(dá)到1.8角分。脈沖星定位是利用探測(cè)器同時(shí)精確測(cè)定多顆脈沖星射線到達(dá)時(shí)間，獲得測(cè)量載體相對(duì)太陽(yáng)系質(zhì)心的視線距離以實(shí)現(xiàn)定位的技術(shù)。

隨著圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡的建成并投入使用，通過捕捉150～450兆赫頻段的射電頻段，能夠?yàn)槲覈?guó)的航天發(fā)射、地面電網(wǎng)、通信設(shè)備的安全運(yùn)行提供預(yù)警和保障。