9月27日,圆环阵太阳射电成像望远镜(以下简称圆环阵)通过工艺测试,正式建成。它是目前全球规模最大的综合孔径射电望远镜,也是国家重大科技基础设施“空间环境地基综合监测网”(子午工程二期)的标志性设备之一。圆环阵位于海拔3820米的四川省甘孜州稻城县噶通镇,被当地居民称作“千眼天珠”。
它由中国科学院国家空间科学中心牵头建设,占地面积约1平方公里,由313部直径6米的抛物面天线构成,天线之间相隔10米,均匀分布在直径为1公里的圆环上。太阳是离地球最近的恒星,也是地球空间天气事件的源头,太阳一打“喷嚏”,地球可能就会“感冒”。圆环阵项目负责人、中国科学院国家空间科学中心研究员阎敬业告诉《中国科学报》,太阳为地球带来光和热,孕育着地球上的生命,但它也是高技术系统的杀手。
太阳爆发活动会导致电网大面积损毁,威胁高铁、卫星等运行安全,影响导航精度、雷达性能,造成短波通信中断等。要想理解日地空间环境系统和空间天气因果链,就要对太阳和日地空间传播链条进行高质量监测,圆环阵所属的子午工程由此而来。圆环阵是由313部天线围成的大圆环,圆环正中央是一座高达100米的中芯定标塔。每天,在太阳升起之前,313部天线同时对准中心定标塔进行对焦校准。
太阳升起后,它们就像“向日葵”一样对准太阳,并跟随太阳转动。太阳落山后,圆环阵便开始进行其他观测,如探测空间碎片、脉冲星和静止轨道卫星等。为保证建设质量和工期,项目采取了“三步走”的研制方案。第一步建造2部天线,进行技术摸底;第二步建造14部天线,与此前的2部天线组成16单元系统,进行成像实验;第三步建设313单元系统。阎敬业介绍,圆环阵采取“边建设、边调试、边运行”的策略。
自2022年3月起,16单元成像实验系统就已开始获取太阳成像数据,迄今已积累了大量太阳活动图像和频谱数据。
今年3月,正处于系统调试阶段的圆环阵,开展了我国首次基于射电图像序列的脉冲星探测实验,从连续射电图像中成功识别出脉冲星闪烁;5月,圆环阵与欧洲低频阵列(LOFAR)开展联合观测实验,实现了交叉验证;7月,圆环阵已具备连续稳定高质量监测太阳活动的能力,脉冲星成像等射电天文观测能力得到初步验证,开启科学试观测。要实现圆环阵的科学观测目标,313部天线和626条接收链路都要具有非常好的幅度和相位一致性。
此次工艺测试表明,圆环阵实现了最大视场达到10个太阳半径的连续稳定的太阳射电成像与频谱观测能力,各项技术指标达到或优于初步设计报告的指标要求。阎敬业表示,下一阶段,圆环阵将在白天观测太阳活动,为太阳物理和空间天气研究提供长时间序列的高质量数据,并与子午工程的其他监测设备开展联合观测。