||
(籍祥文 摄)
2025年4月4日,我终于走近了甚长基线干涉仪。这种仪器,听说北京密云早就有一套了,可我一直没有机会靠近、走进它。
四月小长假期间,我动员儿子到房山区游览。
第一站是我工作过的野外台站。第二站是十公里以上的上方山风景区(从野外台站到上方山风景区,一直是爬坡。参观未遂,没有开放)。
提前联络过同事小白;他已经在站工作十余年。籍氏父子俩乘坐长途汽车到达台站的时候,值班的贺师傅已经打开了大门。(岳圣路1号,是笔者十分熟悉的地方,我在这里奋战过10多年,获取或接收过激光测距数据和导航卫星数据;这里,还是我发布大量科学网博文的地方。)
(籍祥文 摄)
从四联图里不难看出,五尺五的汉子在甚长基线干涉仪面前显得多么渺小。干涉仪身高六丈(20米),即将投入使用。谚语说:丈二和尚摸不着头脑。这六丈高的巨擘,幸好有或陡或缓的阶梯,可供攀援,不然的话,我只好望“大锅”兴叹了。
两个月多前,2月5日的科学网报道过上海天文台的研究人员为标定地球时钟,大年初一到岗的新闻。这篇报道中配发了上海台的口径13米干涉仪图片。我看到、走近的干涉仪也是口径13米(三丈九)的。
我与科学网报道中提到的李金岭研究员有过一面之缘。2008年,大地测量专业委员会的年会在郑州、在我的母校召开。我趁机投稿会议论文,重返1980年代听过课的阶梯教室,不仅认识了多个大地测量专业的同行,也见识了包括李金岭研究员在内的天文工作者的风采,感受到了他们的治学理念。在阶梯教室(会场)中,我得到了郑勇教授的专著《VLBI大地测量》;那时候,我还在卫星观测站。近日,重读《VLBI大地测量》,感觉自己对VLBI所知太少。对照着,阅读郑勇教授比较崇敬的钱志瀚研究员为第一作者的《甚长基线射电干涉测量》,也是一种补课。钱志瀚研究员的书名里有“射电”二字,强调了VLBI的特点。VLBI,也就是甚长基线干涉测量,是射电天文学的一项技术。
不难看出,大地测量工作者和天文工作者,在这里、在VLBI 上,是不分家的。都在做这个事情。我效力过的卫星观测站,添置VLBI 设备,是大地测量技术与装备的拓展。这将是新的学科、新的方向增长点。VLBI 技术,已经广泛应用于射电天文学、天体物理学、天梯测量学,已经成为空间大地测量的主要技术之一。在几千公里的距离上,VLBI大地测量技术可以获取厘米级的测量精度。
大地测量工作者,是不断追求更高的观测精度的。
1981年11月,上海天文台已经与西德马普射电天文研究所成功进行了洲际甚长基线(射电)干涉测量实验。那时候,我不知道自己会在10个月后致力于大地测量专业,更不知道自己会在40多年后,走近VLBI干涉仪。钱著指出,早在1894年,就有英国学者提出,太阳不仅发射可见光,也发射无线电波。1933年,美国工程师央斯基在研究无线电通讯时发现了来自地球之外的无线电干扰。他的发现,起初没有得到承认。大约6年之后,另一位美国人雷伯制作了口径九米六的射电望远镜,用它绘制了世界上第一张银河系的射电图。射电天文学逐渐发展起来。射电天文学,当然引起了大地测量工作者的关注。
人们认为,1960年代的天文学四大发现,也就是脉冲星、类星体、星际分子云以及宇宙微波背景都是在射电天文领域内获得的。
以前的VLBI干涉仪,天线口径都比较大。近些年,有些小口径的,比如13米的干涉仪也发挥了作用。正如2月5日报道中提到,小口径的干涉仪,也有自身的优势。
VLBI 系统的工作原理:在相聚甚远(几千、上万公里)的两个或者多个观测站上,各安置一台抛物面天线口径较大(几米到几十米甚至百米)的射电望远镜,在同一时刻对同一颗离地球非常遥远(几千光年以远)的宇宙射电源进行观测。每架射电望远镜通过其接收机把天线收集到的无线电信号各自放大,并转换为中频信号(100至500兆赫兹),再分别用与高稳定度的原子钟相联接的磁带记录器(早期是这样的)把接收到的无线电信号和时间信息记录在磁带上。同一个电磁波到达不同干涉仪的时刻差(延迟),时间差(延迟)的变化率,都可以作为参数进入平差计算环节。
在大地测量工作者的视角下,VLBI系统获取的数据,经过处理后可以获得感兴趣的大地测量参数。如果,VLBI两架天线分别安置在两个地壳板块上,通过观测,可以计算出它们是在相互靠拢,还是在互相远离。
下列因素,会影响VLBI 系统的测量精度。
噪声、时钟不稳定性、干涉仪色散和电缆长度变化、天线几何尺寸的变化、大气传播介质的变化、电离层折射的影响、地球物理模型等的影响。
我走近的干涉仪是直立在地面上的。远远望去,抛物面天线犹如一枚闪烁着银光的巨型礼器。这礼器,不会盛放酒肉美食,即将容纳、传递的是待测波段的射电(电磁波)。
VLBI,当然也可以是流动的,可以完成与固定VLBI 类似的任务。(我参观VLBI 天线的时候,附近的操场上,停放着一台流动型的SLR设备。)为了运输的方便,流动VLBI 天线的口径,不宜太大。VLBI,还可以发射到空间(称为卫星的有效载荷),这就是空间VLBI。郑著,有两章分别论述空间VLBI 、流动VLBI。
可以预期,在将来的某个年份,VLBI系统被我国科学家、工程师安置到月球正面、背面的空间站上。在听到这样的新闻时,无需惊讶。
VLBI 系统,已经在嫦娥工程中发挥了作用;这已经是旧闻了。
我们站的VLBI系统还在调试中,它的射电(无线电)接收频率为2-6G赫兹。希望这个系统早日获得有效数据,早日加入VGOS系统,也就是VLBI全球观测系统的成员之一,为国际VLBI事业的发展作出自己应有的贡献。
我站VLBI系统的地平式天线,可以360°的旋转,也可以进行上下90°的俯仰。这一点,类似于从前使用过的卫星激光测距仪(又名:激光雷达,也是一台天文望远镜)。这两台大型仪器,并置于在站上、在小山巅。你越接近,就越会觉得,应该仰视它们。它们确实是,一个比一个身材高大、一个比一个有分量。它们,以532纳米的绿色可见光、以肉眼看不见的射电(无线电)波获取的不同波段数据,都会在大地测量学、地球物理学、航天领域中奉献出不同种类的宝贵数据。
【笔者统计了一下,在中国知网上可查到题目中包含VLBI的10篇博士论文、29篇硕士论文和不少期刊论文;为了节省篇幅,就不一一列举出来了。】
参考文献
1 钱志瀚,邬林达.甚长基线射电干涉测量【M】.北京:测绘出版社,1983.
2 郑勇.VLBI大地测量【M】.北京:解放军出版社,1998.
【致谢】感谢秘研究员、卫【正】高工,耐心解答相关专业问题!
--------------------------------------------------------------------------
【2025年4月11日,籍利平编撰于 测绘大厦】
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2025-4-26 09:48
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社