新時(shí)代新作為新篇章｜這個(gè)望遠(yuǎn)鏡不一般，曾參與協(xié)助黑洞觀測(cè)

上海65米射電望遠(yuǎn)鏡“天馬”獲得2018年上海市科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。5月15日，澎湃新聞（www.ditubang.cn）記者從中科院上海天文臺(tái)獲悉這一消息。

自2012年建成以來，天馬望遠(yuǎn)鏡已成為中國(guó)主力測(cè)站，取得了多項(xiàng)天文觀測(cè)成果。2019年4月10日，全球首張黑洞M87影像對(duì)外公布，天馬望遠(yuǎn)鏡便參與了其中部分協(xié)同觀測(cè)任務(wù)，觀測(cè)參數(shù)作為重要參考，寫入了當(dāng)期刊發(fā)在《天體物理學(xué)雜志通訊》的六篇論文當(dāng)中。

多年來，它更為中國(guó)深空探測(cè)帶來許多突破。包括完成嫦娥二號(hào)、三號(hào)、探月三期飛行試驗(yàn)器VLBI測(cè)定軌任務(wù)，在嫦娥四號(hào)的VLBI測(cè)定軌及中繼星天線在軌標(biāo)定任務(wù)中，做出關(guān)鍵貢獻(xiàn)。

“天馬的綜合性能指標(biāo)，在同類型望遠(yuǎn)鏡中排世界前三名，大幅提升了我國(guó)射電天文觀測(cè)能力和執(zhí)行國(guó)家任務(wù)的能力。”中科院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)評(píng)價(jià)稱，天馬的總體性能僅次于美國(guó)的110米射電望遠(yuǎn)鏡和德國(guó)的100米射電望遠(yuǎn)鏡。

總體性能排世界前三

天馬望遠(yuǎn)鏡位于上海松江佘山腳下，高70多米，重2640多噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，像一口巨大的白色“鍋”。它是一臺(tái)全方位可轉(zhuǎn)動(dòng)的望遠(yuǎn)鏡，硬件和軟件系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新。

“左右方位可以實(shí)現(xiàn)360度轉(zhuǎn)動(dòng)，上下俯仰可以從8度轉(zhuǎn)到89度，這使它基本上對(duì)地平線以上所有的觀測(cè)目標(biāo)，都可以實(shí)現(xiàn)跟蹤觀測(cè)。”天馬望遠(yuǎn)鏡副總工程師李斌對(duì)記者描述其技術(shù)特點(diǎn)。

這種大型射電望遠(yuǎn)鏡，是深空探測(cè)器導(dǎo)航和天文學(xué)研究等領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，代表著一個(gè)國(guó)家的綜合創(chuàng)新能力，中國(guó)為此做了長(zhǎng)久的努力。

2008年，中科院、上海市和探月工程聯(lián)合出資，由上海天文臺(tái)負(fù)責(zé)開始研制世界級(jí)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)即上海65米射電望遠(yuǎn)鏡“天馬”。

正式立項(xiàng)后，它經(jīng)歷了幾個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)。2009年12月29日奠基，2010年3月19日開始現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)，2012年10月28日落成，但這只標(biāo)志著望遠(yuǎn)鏡工程建設(shè)任務(wù)的初步完成。直至2017年10月27日，天馬望遠(yuǎn)鏡各個(gè)硬件和軟件系統(tǒng)通過總體驗(yàn)收。

“天馬望遠(yuǎn)鏡攻克了眾多國(guó)際高精尖技術(shù)難題，如大型高精度天線、主反射面主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)等”，沈志強(qiáng)說，作為全可動(dòng)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，“天馬”實(shí)現(xiàn)了3角秒的高精度指向，以及在1.2-50GHz（工作波長(zhǎng)為25cm到6mm）8個(gè)波段任意仰角好于50%的高效率。

他稱，天馬望遠(yuǎn)鏡的建成和驗(yàn)收，標(biāo)志著中國(guó)完全掌握了大型射電望遠(yuǎn)鏡研發(fā)的核心技術(shù)。與世界其他同類先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)相比，“天馬”的總體性能僅次于美國(guó)的110米射電望遠(yuǎn)鏡和德國(guó)的100米射電望遠(yuǎn)鏡。

月球和火星的探測(cè)“神器”

近年來，天馬望遠(yuǎn)鏡作為中國(guó)天文領(lǐng)域一把“神器”，頻頻與重大國(guó)家項(xiàng)目一同見諸報(bào)端。

2019年1月24日，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）與天馬望遠(yuǎn)鏡首次成功實(shí)現(xiàn)聯(lián)合觀測(cè)，獲得甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）干涉條紋。

這一消息披露之后，不少天文學(xué)家們感嘆，F(xiàn)AST是世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，而天馬望遠(yuǎn)鏡則是國(guó)內(nèi)最大的全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡，兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)成功的意義重大，有望把中國(guó)VLBI網(wǎng)在L波段的靈敏度水平提升至世界領(lǐng)先水平，有助于科學(xué)家們開展高靈敏度、高分辨率的射電天文觀測(cè)。

在此之前，天馬望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)幫助中國(guó)在月球和深空探測(cè)器測(cè)軌領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多個(gè)突破，作為主力測(cè)站，為嫦娥三號(hào)和四號(hào)的成功做出了突出貢獻(xiàn)。

“天馬望遠(yuǎn)鏡以1米的精度實(shí)現(xiàn)了月球車相對(duì)位置的測(cè)量。”天馬望遠(yuǎn)鏡總工程師劉慶會(huì)，在2014年嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器的VLBI測(cè)定軌任務(wù)完成后說，中國(guó)VLBI觀測(cè)網(wǎng)的靈敏度由此提高至2.6倍以上，時(shí)延測(cè)量誤差由嫦娥二號(hào)時(shí)的1.77納秒降至0.67納秒。

2018年12月，嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，天馬望遠(yuǎn)鏡承擔(dān)了它的中繼衛(wèi)星“鵲橋”的天線在軌指向標(biāo)定工作。

“我們通過接收衛(wèi)星信號(hào)、河外射電源互相交叉觀測(cè)的校準(zhǔn)，并對(duì)電離層等誤差予以修正，可以精準(zhǔn)定位衛(wèi)星的空間位置。”嫦娥四號(hào)VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)總指揮洪曉瑜介紹，從天馬望遠(yuǎn)鏡接收數(shù)據(jù)，到位于佘山科技園的指揮中心處理、計(jì)算結(jié)果，只需不到1分鐘，這比早年嫦娥一號(hào)、二號(hào)時(shí)的速率提升了十多倍。

今后數(shù)年內(nèi)，天馬望遠(yuǎn)鏡將繼續(xù)服務(wù)嫦娥五號(hào)、火星探測(cè)器、探月四期（中國(guó)的月球極區(qū)探測(cè)計(jì)劃）、小行星探測(cè)等的測(cè)定軌任務(wù)。

未來服務(wù)全球科學(xué)家

2014年開始，天馬望遠(yuǎn)鏡對(duì)國(guó)內(nèi)研究人員開放。如今它一年的運(yùn)行時(shí)間約為7000多個(gè)小時(shí)，開放時(shí)間大約1300小時(shí)。

目前，中國(guó)天文學(xué)者利用“天馬”已成功開展了譜線、脈沖星和VLBI的射電天文觀測(cè)。具體來說，包括探測(cè)到“長(zhǎng)碳鏈分子HC7N”在內(nèi)的許多重要分子的發(fā)射，還包括“北天周期最短毫秒脈沖星”在內(nèi)的一批脈沖星，發(fā)現(xiàn)了研究熱點(diǎn)“銀心磁星”具有周期躍變現(xiàn)象等諸多觀測(cè)成果。

“我們的觀測(cè)會(huì)根據(jù)科學(xué)家們的申請(qǐng)規(guī)劃日程，同時(shí)設(shè)定觀測(cè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。”天馬望遠(yuǎn)鏡副總工程師李斌向澎湃新聞介紹，根據(jù)科學(xué)家們的研究計(jì)劃，天上的許多星體，包括地球外部的各類航天器，都是“天馬”能夠跟蹤觀測(cè)的目標(biāo)。

他介紹，目前“天馬”觀測(cè)列表的運(yùn)作由軟件自動(dòng)運(yùn)行，開展觀測(cè)的科學(xué)家可以遠(yuǎn)程監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行自己的觀測(cè)。

“去年有效開放時(shí)間是1300小時(shí)，主要給國(guó)內(nèi)各個(gè)科研機(jī)構(gòu)科學(xué)家，”李斌說，這些科學(xué)家來自國(guó)內(nèi)各地天文臺(tái)以及大學(xué)等單位，20多家單位的50多名科學(xué)家已利用“天馬”開展過觀測(cè)。

他稱，現(xiàn)在每年這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的開放時(shí)間仍在遞增。目前國(guó)外科學(xué)家可以通過與國(guó)內(nèi)科學(xué)家合作申請(qǐng)觀測(cè)，未來還會(huì)進(jìn)一步向全球各地科學(xué)家開放申請(qǐng)。