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我国国内的射电望远镜阵分布在哪些地方?

【刘双的回答(43票)】:

首先让我们来看一下《超时空接触》里面的射电阵列是长啥样的~ 上图

这是电影海报

这个射电望远镜是美国国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory,NRAO)的甚大阵(Vary Large Array,VLA),现在已经改名叫央斯基甚大阵列(Karl G. Jansky Very Large Array)以纪念射电天文学之父 卡尔·央斯基。

VLA是由28面(其中一面备份)直径25米的射电望远镜组成的一个综合孔径阵列。这27面望远镜排列成一个Y字型,并可以通过铁轨运输单个望远镜以改变望远镜间的距离,从而构成不同的阵型来满足不同科学的需要。目前该望远镜阵列拥有A、B、C、D四种阵型,四种阵型的大致情况如下(数据来源: Observational Status Summary):

VLA 全貌。可以看到铁轨。这个应该是D阵的时候拍摄的。(图源:VLA 全貌。可以看到铁轨。这个应该是D阵的时候拍摄的。(图源:VLA )

对于每个单天线,其配备有LBR(0.073 GHz - 0.6 GHz)、L(1.0 - 2.0 GHz)、S(2.0 - 4.0 GHz)、C(4.0 - 8.0 GHz)、X(8.0 - 12.0 GHz)、Ku(12.0 - 18.0 GHz)、K(18.0 - 26.5 GHz)、Ka(26.5 - 40.0 GHz)、Q(40 - 50 GHz)共9个波段接收机(数据来源: VLA Antenna Status Table )。

VLA 焦点处密密麻麻的馈源。。。VLA 焦点处密密麻麻的馈源。。。

这么多的馈源,并不能同时进行观测。每次需要使用某个波段进行观测的时候,就控制天线副反射面旋转来选择相应的馈源。

VLA 换馈示意图 (图不是我画了,出处忘了。。。)VLA 换馈示意图 (图不是我画了,出处忘了。。。)

VLA 的科学目标相当的多,包括伽马射暴的射电观测、星系团磁场、太阳活动区域日冕磁场、太阳风层(Heliosphere)动态结构图、高分辨率多普勒成图观测、银心磁场、恒星形成区分子云团大尺度成图观测、脉冲星辐射机制、脉冲星测时(timing)观测,等等(参考资料:aoc.nrao.edu/evla/pbook )。

上面说了这么多,其实只是一个目的:VLA这个阵列啊!excited!

然后来说说我们中国,咳咳~

中国有射电望远镜阵列,有已经退役的,有正在工作的,有正在建设的。但像VLA这么牛的射电望远镜阵列,个人认为,没有!能算得上类似的,个人认为,也没有!

让我们来看看国内的阵列就知道了。(一下描述不涉及VLBI网,玩VLBI的童鞋退散~)

1、密云米波综合孔径射电望远镜阵列(1984~2000?)

地点:北京市密云县不老屯镇中国科学院国家天文台密云观测站

密云站可以说是中国射电天文的摇篮,培养了大批射电天文学家。密云米波综合孔径阵列(下称密云阵)又王绶琯院士于1973年提出,后因文革影响,研制工作一度中断,直至1983年才建成[1,2]。没找到文献说密云阵具体是啥时候退役的,不过从发表的文章来看,似乎2000之后就再也没有文章了。估计是2000年停止运行的。其实密云站不止有这么一个阵,还有过146兆赫太阳干涉仪、“2×16”系统,密云460兆赫太阳复合干涉仪(“4×16”系统)[3],等。但由于这块的资料太少了,阵列规模也小,这里我就不打算展开说了。

密云阵由28面9米抛物面天线组成。天线沿东西方向一字排列,总长度1160米。天线工作频率为232MHz和327MHz。

密云米波综合孔径阵列密云米波综合孔径阵列

参考文献:

1、陈宏昇. 密云米波综合孔径射电望远镜建成[J]. 天文学进展, 1985, 01期.

2、吴鑫基. 观天巨眼400年系列之二十九 米波综合孔径射电望远镜[J]. 太空探索, 2004.

3、张喜镇, 张伟学, 刘绪阳,等. 密云460兆赫太阳复合干涉仪[J]. 科学通报, 1981, 11期.

2、新疆乌拉斯台21厘米阵列(2004~????)

地点:新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县阿拉沟乡查汗村中国科学院国家天文台乌拉斯台观测站

21厘米阵列由武向平院士主导,2004年建成之后开始对北天极附近天区进行观测,目的是寻找“宇宙第一缕曙光”——宇宙再电离时期的信号。这个项目吧~ 其实我也不知道还有没有在运行~ 好像是有的样子~ 不要在意这种细节。。。

该阵列使用了数千根对数周期振子天线组成,东西基线达2.7公里。这个阵列和VLA相比,外观差别真是太大了!!!

21厘米阵列(图源:21厘米阵列(图源:21cma.bao.ac.cn/index.h

参考文献

【啥?维基也能算参考文献?】:

1、Primeval Structure Telescope

3、内蒙古明安图厘米-分米波射电日像仪(2015~至今)

地点:内蒙古自治区锡林郭勒盟正镶白旗明安图镇中国科学院国家天文台明安图观测站

厘米-分米波射电日像仪刚建设完成的新一代太阳专用射电望远镜阵列。嗯,对的!只能看太阳!虽然说用途看着像是小了些,但这并不妨碍它成为一个厉害的射电日像仪。虽然这个阵列似乎还没进入常规观测,不过,它日后应该能胜过国际上已有的日像仪的~

说会日像仪本身。这个日像仪啊~ 它排列方式不像VLA,VLA是Y字型的,而日像仪是螺旋型的,唯一的相似点是他俩都有三条“臂”。日像仪是怎么个旋法呢?看下图~

阵列太大拍不过来了。。。放一张领导参观阵列模型的照片你们自己感受一下就好。。。(图源:阵列太大拍不过来了。。。放一张领导参观阵列模型的照片你们自己感受一下就好。。。(图源:詹文龙一行考察国家天文台明安图观测站----中国科学院国家天文台)

日像仪这看着是一个阵,实际上分了低频、高频两个阵。只不过低频阵和高频阵的阵型一样,且叠加在一起,所以看着就好像是一个似的。近距离看日像仪就会发现,这阵列的天线有大有小。其中大的就是低频阵的天线,单天线直径4.5米,工作在0.4-2GHz,共有40面这样的天线;小的是高频阵,单天线直径2米,工作在2-15GHZ,共有60面这样的天线。低频、高频阵的最长基线都是大概3000米。

表示个人还是挺喜欢这个站的~ 环境不错~ 上几张官网的照片,比我拍的好看多了。

太阳射电日像仪阵列中心部分。小板房是临时的观测室。(图源:太阳射电日像仪阵列中心部分。小板房是临时的观测室。(图源:Home Page )

银河下的太阳日像仪(图源:银河下的太阳日像仪(图源:Home Page )

参考文献:

1、黄静. 新一代厘米分米波射电日像仪科学目标探讨[C]. 《太阳射电天文学——新一代射电频谱日像仪建设进展研讨会摘要集》. 北京, 2010.

4、新疆巴里坤国家天文台天籁计划(在建)

地点:新疆维吾尔自治区哈密地区巴里坤哈萨克自治县大红柳峡乡

有新闻(国际上最先进的射电望远镜在新疆巴里坤县建成)说天籁计划已经建好,我表示不信!然而我并不能给出啥证明的样子。。。反正它就还没建好就是了~

天籁计划是打算建造一个大视场低频阵列来观测红移的中性氢21厘米谱线,结合重子声波振荡法探测暗能量。我知道很多人听不懂,嗯,不要问我,我也不懂╮(╯▽╰)╭

天籁计划使用的天线形式比较奇特,是柱状面天线。一个柱面上排列多个馈源进行信号接收,然后多个柱状面一起组阵。一期工程其工作频率大概是700MHz。

天籁计划阵列示意图[1]天籁计划阵列示意图[1]

很难想象着天线究竟长啥样?还好加拿大那边有个望远镜阵列,从外形到功能和天籁计划都一样一样的,看看人家那个就能大概猜出天籁会长啥样了。

加拿大氢强度映射实验(CHIME)柱状面天线(图源:加拿大氢强度映射实验(CHIME)柱状面天线(图源:“半管”望远镜将探测“少年”宇宙)

参考文献:

1、陈学雷. 暗能量的射电探测——天籁计划简介[J]. 中国科学:物理学力学天文学, 2011, 12期(12):1358-1366.

2、陈学雷,施浒立. 天籁计划:暗能量的射电探测及平方千米阵(SKA)[J]. 物理. 2013年, 01期.

除了上述几个较大的项目,目前还有些实验性质的小阵列,如:云南天文台凤凰山上的低频阵列,那些没法统计,这里就不说了~

回到题主的问题。上述几个阵列,日像仪不能算是“观测星际”的,密云阵已经退役。至于21厘米阵和天籁计划,假设他们都处于正常观测中,虽然他们确实是“观测星际”的,但毕竟都是针对红移的中性氢,属于专门的观测设备,不像VLA那么灵活。不过,这并不是说21厘米阵列和天籁比不过VLA,毕竟VLA做不了这两个阵列要做的科学。

最后,日像仪那地拿来旅游还是不错滴~个人感觉。

【肖自学的回答(9票)】:

中国VLBI网

由上海25米、北京50米、昆明40米和乌鲁木齐25米的4台射电天文望远镜,以及上海数据处理中心组成。分辨率相当于口径为3000多公里的巨大的综合望远镜

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