“千眼天珠”向日開

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，313部直徑6米的拋物面天線均勻排布，圍成一個直徑為1千米的大圓環，遠遠望去，宛如平放在高原上的一串珍珠，被當地居民形象地稱為“千眼天珠”。

2023年9月27日，我國空間環境地基綜合監測網標志性設備之一的圓環陣太陽射電成像望遠鏡通過工藝測試。它是目前全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡，也是國家重大科技基礎設施“空間環境地基綜合監測網”（“子午工程”二期）的標志性設備之一，將為我國太陽物理和空間天氣研究提供高質量觀測數據。

子午工程

在大圓環的中間，聳立著一座高達100米的中心定標塔。定標塔是圓環陣太陽射電成像望遠鏡的重要組成部分，能為313部拋物面天線及接收鏈路間一致性標定提供基準信號。簡單地說，就是每天太陽升起之前，圓環上的313部拋物面天線會同時對準中心定標塔“對焦、校準”。待太陽升起之后，這些反射面天線便會如同向日葵一樣，對準太陽并跟隨它轉動。

圓環陣太陽射電成像望遠鏡屬于“子午工程”二期的標志性設備。什么是“子午工程”呢？

正所謂：“子午者，南北也。”“子午工程”全稱“東半球空間環境地基綜合監測子午鏈”，是利用東經120°子午線附近、北緯30°緯度線附近現有的監測臺站，建成的一個以鏈為主、鏈網結合的，運用地磁（電）、無線電、光學和探空火箭等多種手段的監測網絡。它是為了了解空間環境變化規律、我國上空環境的區域性特征而建立的綜合監測系統，能夠更好地保證我國航天器、航天員、衛星的安全。

空間天氣

圓環陣太陽射電成像望遠鏡是目前全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡陣列。

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

眾所周知，射電望遠鏡的直徑越大，空間分辨率也就越高。圓環陣太陽射電成像望遠鏡的直徑雖然只有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，我們究竟能用這臺射電望遠鏡來看什么呢？

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，它是指由于太陽黑子、太陽耀斑、日冕物質拋射等太陽活動引起的日地空間環境條件的短時間尺度變化。

空間天氣的變化會產生嚴重的后果，最直接的后果就是會損壞人造衛星上的儀器、太陽能電池板等設備，影響導航和通信。尤其是當太陽往外噴射的高速帶電粒子流（太陽風）十分強勁的時候，就會形成恐怖的“太陽風暴”。它襲擊地球，就會產生磁暴，也就是地球磁場的強烈擾動，從而導致地球上的輸電線路癱瘓。

圓環陣太陽射電成像望遠鏡能夠監測太陽的日冕物質拋射從生成到高日冕傳播的全過程，以研究太陽爆發的機理和過程，同時還能對太陽爆發活動進行高精度的成像觀測，獲取太陽及日冕物質拋射的真實圖像，為空間天氣研究、探測、預報提供參考。

太陽“打噴嚏”，地球可能會“感冒”。所以，科學家形象地說，圓環陣太陽射電成像望遠鏡就是用來拍太陽“打噴嚏”的設備。

看日觀星

雖然太陽爆發所釋放的能量能夠大到相當于100億顆百萬噸級原子彈的能量，但是太陽距地球有約1.5億千米的距離，所以太陽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地球也需要數十個小時。

不過，當太陽爆發時，拋射出的高速等離子體會在不同頻段的電磁波上出現。而電磁波的速度比太陽拋射的高能粒子要快上很多，只需要幾分鐘便可到達地球。因此，利用圓環陣太陽射電成像望遠鏡觀測太陽發出的電磁波，就可以提前1～3天預測太陽爆發是否會對地球以及空間中的航天器等產生影響。

也就是說，圓環陣太陽射電成像望遠鏡能夠為我們提供空間天氣預報。

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

“我仰望星空，它是那樣寥廓而深邃；那無窮的真理，讓我苦苦地求索、追隨。”同我們一樣，圓環陣太陽射電成像望遠鏡晚上也不會“閑”著，它也“仰望”著星空。

中國科學院的科學家利用圓環陣太陽射電成像望遠鏡獲取了連續射電圖像序列，成功識別出了脈沖星J0332+5434在圖像中的閃爍。更讓人振奮的是，脈沖星定位精度達到1.8角分。脈沖星定位是利用探測器同時精確測定多顆脈沖星射線到達時間，獲得測量載體相對太陽系質心的視線距離以實現定位的技術。

隨著圓環陣太陽射電成像望遠鏡的建成并投入使用，通過捕捉150～450兆赫頻段的射電頻段，能夠為我國的航天發射、地面電網、通信設備的安全運行提供預警和保障。