秋天的長白山，景色蔚為壯觀，層林盡染間，一臺40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡正在長白山保護(hù)開發(fā)區(qū)管委會馬鞍山林場內(nèi)緊鑼密鼓地建設(shè)。

▲望遠(yuǎn)鏡效果圖。圖源：中國電科

“這是一架全可動、高精度的射電望遠(yuǎn)鏡，將承擔(dān)探月工程四期和深空探測任務(wù)，促進(jìn)我國射電天文科學(xué)觀測研究發(fā)展，預(yù)計2024年底前具備初步觀測能力。”上海天文臺射電天文與技術(shù)研究室研究員李斌介紹。

望遠(yuǎn)鏡“安家”

為了給望遠(yuǎn)鏡選個好位置，李斌差不多每年要去10次長白山，跑遍了當(dāng)?shù)?0多個林場。

“長白山觀測站海拔995米，高度合適。這里災(zāi)害性天氣較少，冬季氣候干燥，多為晴天，尤其適合開展高頻段觀測。” 第一次來到馬鞍山林場時，李斌就對這里頗為滿意。這里位于長白山西側(cè)緩坡，方圓3公里沒有常住人口，屬于國家重點保護(hù)林區(qū)。同時，這里工程地質(zhì)條件優(yōu)越，能夠滿足40米射電望遠(yuǎn)鏡樁基承載要求。

▲施工便道建設(shè)（2023年8月7日拍攝）圖源：中國科學(xué)院上海天文臺

于是，長白山保護(hù)開發(fā)區(qū)里的第一臺望遠(yuǎn)鏡有了“家”。秋冬季節(jié)，長白山天寒地凍，氣溫最低可以達(dá)到零下40℃。如何保障望遠(yuǎn)鏡正常工作？

“考慮到東北天氣寒冷，為保證望遠(yuǎn)鏡的正常穩(wěn)定運行，我們在設(shè)計上采用整體保溫技術(shù)，主反射體背架用保溫材料包裹，望遠(yuǎn)鏡的天線用料采用的是特制鋼材和油漆。”李斌介紹，望遠(yuǎn)鏡天線系統(tǒng)將采用全實面面板，單塊面板精度好于80微米，主反射體面型總精度好于0.3毫米，最高指向精度好于5角秒。

建成后，長白山40米射電望遠(yuǎn)鏡將取代上海65米口徑天馬望遠(yuǎn)鏡，成為矗立在我國最東部的射電望遠(yuǎn)鏡。

“這臺望遠(yuǎn)鏡比2012年建成的天馬望遠(yuǎn)鏡的經(jīng)度位置向東增加了6.6度，更靠近我國版圖東側(cè)，可比天馬望遠(yuǎn)鏡早26分鐘捕捉到深空目標(biāo)。”李斌說。

“VLBI拼圖”即將完工

在中國人艱辛而浪漫的探索太空征程中，我國甚長基線干涉測量（VLBI）網(wǎng)一路護(hù)航、大顯身手。一架望遠(yuǎn)鏡的分辨率畢竟有限，VLBI把多臺分布各地的射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來，聯(lián)合接收同一天體的無線電波信號，就能達(dá)到一臺超大望遠(yuǎn)鏡的觀測效果。

目前，我國VLBI網(wǎng)包括北京密云、新疆烏魯木齊、云南昆明、上海天馬4個臺站，以及上海VLBI數(shù)據(jù)處理中心，簡稱“四站一中心”。作為中國探月工程測控系統(tǒng)的重要組成部分，VLBI測軌分系統(tǒng)目前已完成探月工程“繞”“落”“回”三個階段，以及中國首次火星探測任務(wù)的VLBI測定軌任務(wù)。

根據(jù)探月工程四期部署，為應(yīng)對多個航天器同時觀測的需求，中國科學(xué)院上海天文臺獲批在西藏日喀則、吉林長白山各建一臺40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

要想增加等效口徑，讓組合望遠(yuǎn)鏡觀測得更清楚，就要拉長兩個望遠(yuǎn)鏡之間的距離。“長白山40米射電望遠(yuǎn)鏡與剛開建的日喀則40米望遠(yuǎn)鏡相距3800千米，兩臺望遠(yuǎn)鏡建成后，將使VLBI網(wǎng)的等效口徑從原先的3200千米提升到3800千米，整個觀測網(wǎng)的最大角分辨率將提升18%。”李斌透露。

觀測潛力巨大

李斌說，長白山40米射電望遠(yuǎn)鏡的觀測頻譜從700M赫茲到50G赫茲連續(xù)覆蓋，且具備升級到86G赫茲的觀測潛力，“這在國際上也比較少見。”

測量，是VLBI網(wǎng)的關(guān)鍵詞。“測量衛(wèi)星的精確位置，將數(shù)據(jù)發(fā)回至測控系統(tǒng)，由他們對衛(wèi)星發(fā)號施令。”李斌解釋說。

未來15年，中國深空探測將在月球探測、行星探測、運載技術(shù)等三個領(lǐng)域，論證實施十大工程任務(wù)，計劃2030年前后實現(xiàn)載人登陸月球。

“六站一中心”的VLBI網(wǎng)也將發(fā)揮更大作用。“一個VLBI網(wǎng)的最小組網(wǎng)配置是3臺望遠(yuǎn)鏡，VLBI網(wǎng)日后會組成2個子網(wǎng)，分別跟蹤不同航天器，具備‘雙子網(wǎng)，雙目標(biāo)’的能力。”李斌說，未來，我們還計劃配備7個波段高靈敏度致冷接收機(jī)，可以在低頻和高頻同時觀測多個衛(wèi)星。

來源：科普時報

文/史詩