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编者按 2011年9月29日晚,举世瞩目的我国首个目标飞行器“天宫一号”升空。这标志着我国将实施载人航天工程首次空间交会对接,我国天文学研究和航天技术又上新台阶。从上个世纪50年代中国航天事业起步到建立第一个中国空间实验室,凝聚了无数中国科技工作者的心血与智慧。本文要介绍的就是――
最早参与开拓射电天文新技术VLBI的南大人
1934年,紫金山天文台在南京建成,中国的现代天文观测研究迈出了可喜的第一步。而系统的现代天文学教育,一直到1952年夏南京大学天文学系的建立,才正式揭开了第一页。1955年7月,院系调整,南京大学的天文学系和数学系合并为数学天文学系,系内设天文专业(到1961年初,又恢复为天文学系,新设第七专业,后又更名为射电天文专业)。现代天文学涵盖天体物理、天体力学、天体测量等专业学科,而射电天文学则是“二战”以后迅速崛起的一门新兴学科,它是通过探测天体发出的无线电波辐射来研究天文现象的一门天文学分支学科,已成为现代天文学中一个极为重要的分支学科。但当时在我国却是一片空白。1958年4月19日,紫金山天文台派科研人员王绶�、陈彪等6人及南京大学天文专业的副教授程庭芳、讲师卢央等4人共赴海南岛,参加中国科学院组织的中苏(由苏联运来射电仪器设备)合作日环食射电观测。这是我国进行射电天文观测研究工作的开始,中国的射电天文学随之在南京地区由此起步,而后在南京和北京两地几乎同时而又交叉地发展起来的。
“甚长基线干涉测量方法(Very Long Base-line Interferometry)”这个词,简称VLBI,是60年代后期创新的一项射电天文新技术,由于它的高空间分辨率和高时间分辨率,已逐渐成为天体物理学、天体测量学、天文地球动力学和空间天文学等学科重要的实测手段,发挥了卓越作用。国外已做了几十次实验,进展很快,引起了我国天文学家、射电天文工作者的高度关注,待急起赶上。
70年代初,VLBI这项研究计划已列入中国科学院天文发展八年规划(1973-1980年),并经国务院批准。根据中科院1974年度科研计划,要求在1975年提出该项目的总体方案和进行小型实验工作。鉴于这项研究计划最终要在上海和陕西建造两个射电天文观测站,它是由上海天文台和陕西天文台共同承担的;同时确定南大天文系为主要协作单位,并要求“两台一系”实行长期合作,为发展我国射电天文事业,填补这一科学技术领域的空白而开拓奋进。
1974年11月8日,南大天文系委派射电天文专业教师卢央、韩传寿赴上海天文台参加“长基线射电干涉仪”课题总方案的研究论证。面对我国天文实际情况和上海台的一些有利条件,在没有大型射电望远镜的情况下,为了争取时间,提出了首先建立实验VLBI系统的技术路线。当确定了从实验着手的技术路线后,即设计了切实可行的实验VLBI系统的总体方案,并进行射电仪器设备研制和实验观测工作。
为了在大型射电望远镜建成前就可开展初步的VLBI实测工作,上海天文台首先研制了口径为6米的厘米波射电望远镜(当时是国内最大的厘米波射电望远镜),1980年总装完成后,投入试观测。1981年10月12日在上海天文台举行“全国6米厘米波射电望远镜鉴定会”,特邀南大天文系韩传寿讲师担任鉴定小组组长,由韩老师主持会务鉴定,宣读鉴定评语:“6米厘米波射电望远镜结构简单,外型较美观;馈源采用主模喇叭,辐射方向图口面电平较低,优点显著;天线传动,恒动的显示系统精度较高,但赤经轴与赤纬轴不正交,误差大于设计要求。审核整机试观测:单天线可观测到室女座A(190Jy);干涉仪观测武仙座(46Jy)可得到干涉条纹,实际灵敏度接近理论计算值,因此可较好满足甚长基线实验观测的需要。总之,较好地完成6米厘米波射电望远镜研制任务,可正式交付使用”。签颁“鉴定6米厘米波射电望远镜可正式交付使用证书”。
随后,1981年11月间,上海天文台与西德马普射电天文研究所之间成功地进行了我国第一次VLBI国际合作观测,这也是世界上第一次横跨欧亚大陆的VLBI实验。这次实验使用的波长21厘米,组成干涉系统的两架射电望远镜:一架是上海天文台的6米射电望远镜,另一架是西德波恩附近的全世界最大的100米射电望远镜,这两架射电望远镜相距约8200公里,射电干涉观测分辨率约为千分之二角秒,比一般光学观测精细500倍!
这次中国和西德之间的洲际VLBI实验的初步数据分析已经完成,所有被观测的射电源都检测到了干涉条纹,相关系数和理论预期值相符合,时间比对精度高,数据的漏失率小,这表明实验是很成功的。在甚长基线干涉测量方法上,已取得初步经验,并为进一步观测研究打下了基础。而当时只有几个工业发达国家(英、美等)才拥有这项射电天文新技术。
1981年5月18日,南大天文系射电天文教研组“天线专家”韩传寿作为特邀代表远赴贵州都匀(山区)参加云南天文台和四机部一厂共同召开“10米射电望远镜天线技术方案审定会”(只邀请3人,另外工厂2人,云台2人,)。1983年初云南天文台建成10米射电望远镜,当时的10米口径天线是国内仅有的赤道式大型天线。
1985年9月20日中国科学院(南京分院)在紫金山天文台召开“毫米波工程有关技术成果”鉴定会,南大原射电观测室负责人韩传寿作为特邀代表,参加了“测试小组”。1986年紫台(与美国ESSCO公司合作)13.7米毫米波射电望远镜研制完成,安装在紫台(青海省)德令哈观测站。
随着我国国民经济和科学技术不断的发展,各天文台研制射电望远镜的天线,也越做越大,VLBI技术相应得到很大的发展,日渐成熟起来。也极大地带动我国航天科技更进一步地发展,继“两弹一星”、载人航天器两大里程碑后,我国航天史上又一里程碑―――举世瞩目的“嫦娥一号”绕月工程即将实施。
2007年10月24日18时05分,嫦娥一号探测卫星轰然升空,准时迈开奔向38万公里之遥“环月”的步伐。当时我国的航天测控网只是为了适应3.6万公里以下的各类地球卫星和载人航天任务建立的。在采用现有航天测控网的基础上,必须利用国家天文台(北京密云站)口径50米天线,云南天文台(昆明站)是40米,上海天文台(佘山站)和乌鲁木齐天文站的则都为25米等四地的大型射电望远镜全部“跟踪”探月卫星,将共同组成VLBI网(甚长基线射电干涉测量网),简单地说,就是把四架大型射电望远镜联合起来,组成一个口径相当于中国领土面积大小的“超级射电望远镜”。这样,就可以对探月卫星的运行、轨道转移、工作情况等进行不间断地精确远距离测控,确保探月卫星成功被月球捕获,才将成为一颗真正的“月球卫星”。这表明我们的卫星能从地球飞到月球是一个巨大的进步,标志我国的航天能力取得了重要突破。
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