中國太空“鷹眼”掃描銀河畫卷

日前，中國科學院紫金山天文臺利用最新開發成功的毫米波邊帶分離混頻技術，自主研發了我國第一臺超導成像頻譜儀，一舉將我國毫米波望遠鏡的觀測能力升至國際前沿。科學家們期盼，憑借這一“科學的鷹眼”，可以找到更多“人類從哪里來？到哪里去？”等謎題的答案。

冷暗宇宙的奧秘

當意大利科學家伽利略第一次將望遠鏡對準天空時，人類就開始了對宇宙的探索。幾百年來，天文觀測技術不斷精進，人類的視野也隨之拓展到更遙遠的地方。

“同一個天體，在不同波段下看到的圖像是不一樣的。”紫金山天文臺研究員王紅池說，“比如對一些發熱的恒星，光學望遠鏡就能看到；但很多冷的天體，以及形成于早期的天體，只有在毫米波段才能被觀測到，這時就需要射電望遠鏡了。此外，宇宙中布滿了塵埃，想要看到塵埃后面的東西，也需要穿透性更強的射電望遠鏡。”

近年來，對“冷暗宇宙”的研究逐漸成為國際熱點，中國也在其中發揮了重要作用。例如，作為中國短毫米波段射電天文觀測領域唯一的大型開放研究設備，紫金山天文臺青海觀測站的13.7米毫米波望遠鏡就取得了一系列重要的科學發現。

但如同一部好的相機需要一個好的CCD一樣，一架好的射電望遠鏡也離不開一個好的信號接收機。有了超導成像頻譜儀這只“鷹眼”，中國天文學家終于可以圓一個做了許久的天文夢。

“鷹眼”巡天

由紫金山天文臺主導的“銀河畫卷”巡天計劃從2011年開始實施，將覆蓋北天銀道面±5度范圍的天區以及鄰近恒星形成區、高銀緯星際分子云及其他區域，完成數據獲取、數據校準、質量檢查、編目入庫、數據匯總等任務。

“就好像對銀河系做人口普查一樣。”銀河系就像個大盤子，中間的銀道面是恒星和分子云分布最為集中的地方。

“不要小看這些存在于星星之間的分子云，恒星和星星就起源于這些‘云’。”王紅池解釋道，“所以，研究分子云在銀河系中的分布、結構和物理性質，是十分重要的工作。”

依據計劃，這些工作要用10年左右來完成。但是，要在如此短的時間里細細描繪浩如煙海的銀河畫卷，幾乎是一項不可能完成的任務。

超導成像頻譜儀再次為科學家們點燃了希望。原來，這臺儀器突破了單象元空間成像的限制，能夠同時觀測9個像素，再輔以其他技術創新，將望遠鏡的觀測效率提高了20倍以上。這樣，原來需要200年才能完成的銀河巡天，現在只需要10年了。

20年前進“1微米”

在紫金山天文臺的實驗室里，記者看到了一個“不起眼”的小零件，可它卻是研究員史生才心中最珍貴的寶貝。

這個只有1微米見方的小器件叫做超導隧道結芯片，卻是超導成像頻譜儀“核心中的核心”。為了這個“小家伙”，中國科學家奮斗了將近20年。

上世紀80年代初，中國就開始部署建設毫米波望遠鏡，這在國際上起步并不算晚。然而，由于歐美國家的技術封鎖，中國一直沒有自己的核心探測器。

就這樣，研究員史生才和同事們開始了一條自己研發的探索之路。“望遠鏡對探測器的要求是探測效率高、本身雜音小，而近年來興起的超導材料，剛好符合我們的要求。”

直到1996年，科研人員才將第一臺自主研發的超導接收機裝在了青海的望遠鏡上，而后又幾經改造升級，使探測器性能不斷提升，在國際同類儀器中達到領先水平。目前，望遠鏡已在國內外開放觀測中完成了上百個天文研究課題，取得了許多重要的發現。