俄罗斯科学院提出新一代亚太赫兹天文台概念
俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所网站4月1日报道,由于俄罗斯目前没有可以在100吉赫兹以上频率开展观测的望远镜,而“光谱-M”(Spektr-M)空间天文台仍处于开发阶段,为解决在早期宇宙演化、恒星和行星形成、寻找星际介质和年轻恒星系统中复杂有机化合物等现代天体物理学中最紧迫的问题,研究人员提出了3个新一代亚太赫兹天文台概念:紧凑型地基天线阵列,月基天文台,以及空间干涉仪[1]。
1、紧凑型地基天线阵列。首先建造由3~6个直径为3~5米的天线组成的原型阵列,并在普希诺射电天文台(PRAO)进行关键技术测试。测试完成后,将在原型天线和载体平台的基础上建立一个成熟的亚太赫兹天文台。它将由6个直径达8米的全向天线组成,天线表面精度约为40微米。天文台可在只有3个天线的情况下开展观测。最终仪器的角分辨率将达到0.59角秒。计划将天线阵列部署在达吉斯坦共和国玛雅克山的高原上(海拔2352米)或者萨彦岭的Hulugaisha峰(海拔3015米)。
2、月基天文台。根据选址的不同,有两种在月表部署天线阵列的方案。方案一是将全部天线阵列放在无光陨击坑内,可以减轻科学仪器制冷系统的负担,但能源保障方面较为复杂。为此,可以在光照区部署特殊服务模块,为天线阵列供电,并作为地月间数据交换的中转站之一。方案二是在月球极区的光照区建造观测综合设施,天线阵列的每个单元可以是固定式的,也可以是移动式的。但有可能由于设备尺寸较大而产生技术困难。月表天线阵列将与地基天文台网络协同工作,分辨率将达到“事件视界望远镜”(EHT)的30倍,可以观测黑洞的阴影,有望实现超大质量黑洞物理研究的突破。月基天文台还将通过观测宇宙微波背景谱畸变来探索早期宇宙,并研究有关恒星形成的问题。
3、空间干涉仪。俄罗斯科学院物理研究所在“光谱-R”(Spektr-R)和“光谱-M”项目上积累了丰富的经验。新的空间望远镜概念将拥有150万千米或更长的基线投影,使研究黑洞、河外脉泽源和中子星等超致密天体所需的超高角分辨率成为可能。与月表天线阵列相比,空间干涉仪可以动态观测超大质量黑洞的周围环境,以及事件视界附近极端条件下的物质运动。更详细的观察可以使用快照模式,人马座A*(Sgr A*)和М87星系均适用于此种观测方式。
过去十年,得益于“赫歇尔空间天文台”(Herschel)和“詹姆斯•韦伯空间望远镜”(JWST)、IRAM毫米波射电望远镜和北方扩展毫米波阵列(NOEMA),以及“阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列”(ALMA)的成功,亚太赫兹天文学取得了重大进展。与此同时,空间天文台和干涉仪的新概念也相继涌现,例如中国科学院空间科学先导专项提出的空间毫米波VLBI阵列(S-VLBI),荷兰拉德堡德大学提出事件视界成像仪(EHI),ESA“旅程2050”(Voyage 2050)提出的太赫兹天体物理学探索与放大(THEZA)等。但在欧亚大陆东北部这片广阔的区域内没有亚赫兹天文台,这个地面望远镜网络覆盖图上的空白对观测质量产生了负面影响。虽然地基天文台的能力在高频范围严重受限于地球大气层,但只有地基和天基天文台协同发展,才能实现在亚太赫兹范围内的全面观测。 (范唯唯)
[1] Российские учёные планируют создать самые зоркие телескопы. Один из них будет расположен на Луне. https://lebedev.ru/ru/main-news/news/4362-rossijskie-uchjonye-planiruyut-sozdat-samye-zorkie-teleskopy-odin-iz-nikh-budet-raspolozhen-na-lune.html