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超导成像频谱仪:
【经济日报】为银河画一幅肖像
原本需要200年才能完成的观测计划,如今8到10年就可以完成了
发布时间:2013-09-10 来源:经济日报 佘惠敏 【字号:  

超导探测芯片制备平台。

  在位于南京的中科院紫金山天文台,有一群仰望星空的科研人员。他们自主研发的3毫米波段3×3像元的超导成像频谱仪是国际上毫米波段第一例基于边带分离混频技术的超导成像频谱仪,也是我国射电天文的首台多波束接收机。这台仪器已于2010年成功安装到青海德令哈13.7米毫米波射电望远镜上,成为这台望远镜的换代接收机。

  射电波段具有穿透星际尘埃遮挡观测更遥远天体及天体内部的能力,是观测宇宙微波背景辐射的独特波段,对理解宇宙状态和演化有非常重要意义。很多重大天文发现,如类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射都是通过射电天文手段获得。迄今为止,与天文研究相关的13项诺贝尔物理学奖中,有6项属射电天文研究。

  “安装了这台仪器后,我们期待已久的银河画卷巡天计划就开始进行了。”紫金山天文台副研究员王敏介绍,“银河画卷”计划将首先覆盖北天银道面±5度范围的天区以及近邻恒星形成区、高银纬星际分子云等其他部分感兴趣的区域,共2600平方度的范围。“仪器安装2年来,我们已取得阶段性成果,分析结果将对了解恒星、行星起源提供重要依据。”

  这不是他们的第一台超导接收机。

  紫金山天文台南极天文和射电天文研究部主任史生才介绍,1998年,他们曾在同一台望远镜上装上自主研发的超导接收机,将当时探测器灵敏度提高十倍,这意味着分辨率提高百倍。“但那时的仪器如果想完成银河画卷计划,需要运行约200年。所以我们从2005年开始改进超导接收机,把单象元扫描改进成9象元,每个像素里可以观测两个信号,相当于原来18倍,加上观测模式的进步,使青海13.7米望远镜综合观测效能提升20倍以上。这样,原本需要200年才能完成的观测计划,如今8到10年就可以完成了。”

  在仪器研制过程中,研究团队采用了多项创新技术和方法,拥有超导探测器设计、芯片制备、系统集成的完整能力,性能是国际上同类实验仪器中最好的。“核心的芯片是我们自己制作的。”史生才说。

  “巡天就像人口普查,这个波段主要看到分子云。我们的巡天计划是高分辨率、高灵敏度的巡天。由于采用了边带分离混频技术,我们能同时看三条谱线。国外也有巡天计划,但比我们模糊,只能一条一条谱线看。”史生才打了个比方,“这是一只眼和三只眼的区别,我们看得更清楚、也更快。”

  银河画卷巡天将实现包括发现和编制全部区域的分子云源表,取得分子云内部结构、动力学过程以及其他新现象的发现,重要恒星形成区的微观组成、年轻星天体的发现及各项性质表征等一系列科学目标。

  紫金山天文台副台长甘为群表示:“总之,银河画卷计划的实施过程将是一趟充满发现机会的科学之旅。”

  (原载于《经济日报》 2013-09-10 13版)

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