又一座全球最大望远镜项目在中国启动啦！

原创：王延昕

编排：Asensiosh

校译：牧夫天文校对组

后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤

好消息！好消息！云南景东120米脉冲星射电望远镜项目启动啦！

9月29日， “景东120m脉冲星射电望远镜（JRT）研制” 重大科技项目启动仪式在该望远镜台址——云南省普洱市景东县太忠镇徐家坝举行。启动仪式上中国科学院副院长张亚平发表讲话，并由云南省副省长董华宣布项目启动。参加启动仪式的还有云南省政府办公厅、省发改委、省科技厅、普洱市，中科院办公厅、中科院科技促进发展局、中科院昆明分院、国家授时中心、国家天文台、云南天文台，JRT项目合作单位以及云南大学相关负责人。

这到底是怎样一个项目，为何启动仪式值得如此兴师动众？

据悉，JRT是在我国西南多民族地区建设的目前世界上口径最大的全可动低频射电望远镜。该项目由中科院云南天文台联合多家单位，历经多年完成选址和大天线关键技术攻关。望远镜坐落于云南省普洱市哀牢山-无量山国家公园内无线电环境最优良的地区，它将通过对脉冲星高精度计时观测，开展低频引力波探测、脉冲星—黑洞物理、强引力场相对论检验等前沿科学研究，并实现基于脉冲星的时间体系标准。该项目总投资3.5亿，建设周期3年。

图1  景东120m脉冲星射电望远镜（JRT）效果图

什么是射电望远镜

虽然都被称为望远镜，但射电望远镜与我们日常接触到的光学望远镜在原理和外形上有着天壤之别。射电望远镜研究天体发射的电磁频谱的射频部分，可以测量射电的强度、频谱及偏振等量。射电望远镜的外形差别很大，有固定在地面的单一口径球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的全可动射电望远镜，还有射电望远镜阵列。不同于光学望远镜，射电望远镜可以不分昼夜使用。

相比十七世纪伽利略就开始用的光学望远镜，射电望远镜的历史可真是短得可以。1931年，美国贝尔实验室的卡尔·央斯基无意中发现来自银河系中心的无线电波。随后美国人格罗特·雷伯在自家的后院建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年接收到了来自银河系中心的无线电波，雷伯使用的那架天线便成为世界上第一架专门用于天文观测的射电望远镜。

射电望远镜虽然发展历史很短暂，但对现代天文学的发展贡献极大。类星体、脉冲星、星际分子、宇宙微波背景辐射等天文学重大发现，均与射电望远镜有关。国际天文学领域所获12项诺贝尔物理学奖中射电天文学就占了6项！

图2  世界首台天文专用射电望远镜 图源：wiki

中国的射电望远镜知多少

射电天文学已步入高灵敏度、大样本时代，需要更大接收面积的射电望远镜以探测更暗弱的天体。在单一口径球面射电望远镜方面，我国已于2016年在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼建成全球最大500米口径球面射电望远镜（FAST）。FAST的优点不言而喻，其无可匹敌的口径使其成为最灵敏的射电望远镜。截至2020年1月11日，FAST已发现146颗优质的脉冲星候选体，其中102颗已得到证认。

与排行老二建于1960年代的口径305米的阿雷西博射电望远镜相比，新晋老大FAST的可观测天空范围扩大4倍，灵敏度提高2.3倍，综合性能提高约10倍。悲催的阿雷西博望远镜在今年8月遭遇事故，导致整个射电望远镜不得不停止工作。

图3  空中俯瞰天眼FAST 图源：新华网

图4  损坏前的阿雷西博射电望远镜  图源：阿雷西博天文台

美中不足的是，虽然FAST的可变表面在一定程度上具有指向性，但指向顶点被限制在大约40度的天顶范围内，这造成FAST的盲区还是很大的，这就需要全可动射电望远镜来弥补了。

顾名思义，全可动射电望远镜的碟形天线可以全向转动，扫描范围大大增加。我国天文台目前在用最大口径的全可动射电望远镜为2012年投入使用的上海天文台天马望远镜，65米的口径也使其成为当时亚洲最大全可动射电望远镜。天马望远镜重2700吨，高70米，占地面积相当于8个篮球场大小。天马望远镜是我国第一台性能先进功能齐全的全可动大型射电望远镜系统，实现了我国建设世界级大型射电望远镜的目标。

此外，由于位处多个甚长基线干涉测量网（VLBI）的交汇处，天马望远镜能够大幅度提高国际VLBI网的探测灵敏度，成为中国VLBI网乃至东亚VLBI网的核心，显著提高我国在天体物理前沿课题中的国际地位。天马望远镜已经参加了与美国GBT和欧洲VLBI网（EVN）等的VLBI试观测，初步体现了其高灵敏度的优势，并于2015年正式加入欧洲VLBI网成为国际VLBI网的重要成员。在第一张黑洞照片制作过程中天马望远镜也做出了贡献。

图5  口径为65米的上海天文台天马望远镜  图源：上海天文台

若将身高比一比扩展到所有大型碟形天线的话，那我国深空站所使用的接收天线更是一个比一个大。由中国电子科技集团公司承建的佳木斯66米深空站为亚洲最大、世界第五，其理论测控距离最远可达4亿公里，可满足火星探测的需求。与天文台用的只能收集信号的射电望远镜不同，佳木斯66米深空站还可以发射信号，难怪被网友称为现实版的“红岸基地”。

图6  佳木斯66米深空天线 图源：西安卫星测控中心

2020年7月23日我国成功发射“天问一号”探测器，开启火星探测任务。地火最远距离约为地月距离的1000倍，由于发射信号的衰减与距离的平方成正比，相同发射功率的信号到达地球将非常微弱。为了保障天问一号任务通讯畅通，中国电科在天津武清承担建设了70米天线（GRAS-4）高性能接收系统，今年4月该系统完成反射体整体吊装。建成后将成为亚洲最大的单口径全可动天线，为完成我国首次火星探测工程任务以及后续的深空探测任务提供坚实基础。按原计划今年十月70米天线应可投入使用。

看到中国全可动射电望远镜的尺寸一点一点增加无疑让人欢心鼓舞，随着景东120米脉冲星射电望远镜项目的启动，我国也终于可以匹敌百米级的美国绿堤和德国波恩埃菲尔斯伯格射电望远镜。

图7  中科院国家天文台天津武清站的70米天线 图源：中科院国家天文台

图8  目前世界最大全可动射电望远镜美国绿堤（Green Bank）射电望远镜, 其碟形天线投影为椭圆状，口径100x110米 图源：美国国家射电天文台 NRAO

双百相争谁为先？

其实在景东120米射电望远镜（JRT）之前，我国已经在规划另一个世界最大全可动射电望远镜项目——新疆奇台110米射电望远镜，简称QTT项目。虽同为110米级，美国绿堤的碟面是100x110米的椭圆投影，而QTT是正圆因此可以略胜一筹成为世界第一（如果在JRT完工之前建成）。

QTT的规划在过去十年间不断完善，新疆天文台为了这个项目可以说殚精竭虑，多次参加或举办国际会议论证设计方案。在2013至2014年，新疆天文台便在中美射电天文学研讨会介绍QTT项目。在2017年QTT初步设计方案国际专家咨询会上，八个技术子系统负责人向国内外专家展示了各系统的初步设计方案，与会专家就QTT天线结构设计、主动主反射面调整与控制、信号接收处理系统、电磁兼容设计与无线电环境保护等初设方案进行了详细论证与评估。

2019年10月，973计划“110米大口径全可动射电望远镜关键技术研究”（简称QTT-973）课题验收会顺利举行。从会议简报上我们可以看到研究队伍来自中国科学院新疆天文台、中国科学院国家天文台、中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所、北京大学、上海交通大学、南京大学、西安电子科技大学、中国电子科技集团公司第三十九研究所等我国一流科研院校机构，这样的科研阵容不可谓不强大。

然而，时至今日关于QTT实质性进展的消息并不多。根据最近的一次报道我们可以看到，截至今年7月，QTT的工地似乎依然一片翠绿——啥都没有。

QTT将有助于我国空间技术的发展，包括航天器VLBI（甚长基线干涉测量）精密定轨、脉冲星深空自主导航、脉冲星时间基准和授时守时创新等国家战略任务的布局，为我国未来的探月工程、火星、金星探测等国家任务提供强大的技术支撑，并对国家安全具有重大意义。前提是如果能建成的话。。。

图9  QTT效果图  图源：中科院新疆天文台

图10  2020年7月，新疆天文台领导在奇台观测站实地调研 图源：中科院新疆天文台

那么请问小伙伴们，你们觉得哪个会率先成为世界最大全可动射电望远镜？是新疆天文台的110米奇台射电望远镜呢，还是云南天文台的120米景东射电望远镜？

『天文时刻』 牧夫出品

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图片名称：火星之眼

图片来源  Damian Peach