新一代厘米-分米波射電日像儀(Chinese Spectral Radioheliograph,CSRH)是同時(shí)以高時(shí)間、空間和頻率分辨率對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行射電頻譜成像的設(shè)備,將在厘米-分米波段首次如“CT成像”般對(duì)日冕進(jìn)行層析觀測(cè),探測(cè)日冕大氣,研究太陽(yáng)活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì),可望在探索太陽(yáng)劇烈活動(dòng)起源和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律方面獲得原創(chuàng)性成果,并且對(duì)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和太陽(yáng)活動(dòng)預(yù)報(bào)發(fā)揮重要作用。國(guó)際與國(guó)內(nèi)同行均期待中國(guó)射電日像儀擴(kuò)展太陽(yáng)射電探測(cè)能力、打開(kāi)新的觀測(cè)窗口。Science曾以《星星在中國(guó)出現(xiàn)》為題報(bào)道“中國(guó)正在建設(shè)一雙地球的新耳朵來(lái)聆聽(tīng)我們最近的恒星”。
2009年,CSRH作為國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目(ZDYZ2009-3)正式立項(xiàng),計(jì)劃于2013年底在位于內(nèi)蒙古正鑲白旗的明安圖觀測(cè)站建成。CSRH分為兩個(gè)綜合孔徑陣列,低頻陣(0.4-2GHz)由40面4.5米天線組成,高頻陣(2-15GHz)由60面2米天線組成,排列在方圓10平方公里的三條旋臂上。
由于國(guó)外現(xiàn)有的射電日像儀只是在單頻或若干點(diǎn)頻上成像,而非太陽(yáng)專用的射電成像設(shè)備則難以適應(yīng)太陽(yáng)射電爆發(fā)的快速變化特點(diǎn),CSRH是世界上首個(gè)寬帶快速動(dòng)態(tài)頻譜成像設(shè)備。項(xiàng)目組攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了高性能、超寬帶雙圓極化饋源和國(guó)際太陽(yáng)觀測(cè)設(shè)備中規(guī)模最大的高速相關(guān)陣列。至2012年已完成整個(gè)低頻陣建設(shè)和高頻陣全部60面天線及其伺服控制單元的現(xiàn)場(chǎng)安裝。利用低頻陣進(jìn)行了一系列衛(wèi)星信號(hào)、太陽(yáng)和天鵝射電源的試觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。近日,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人顏毅華與各子系統(tǒng)負(fù)責(zé)人陳志軍、王威、耿立紅及其他成員再次前往觀測(cè)站進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè),以衛(wèi)星信號(hào)為校準(zhǔn)源,在1.7GHz上成功獲得低頻陣的第一張?zhí)?yáng)射電圖像。
下圖為2013年1月22日6:30 UT,由CSRH低頻陣觀測(cè)經(jīng)過(guò)國(guó)際通用天文軟件應(yīng)用包CASA系統(tǒng)處理后獲得寧?kù)o太陽(yáng)的30ms積分圖像,以及同日法國(guó)南茜天文臺(tái)和俄羅斯十字陣在不同頻率上的圖像。與相近波段的南茜圖像相比,基本結(jié)構(gòu)相似,但CSRH圖像有新的亮源、細(xì)節(jié)更豐富,能揭示更多的物理過(guò)程,空間分辨率也更高;與SDO衛(wèi)星極紫外圖像進(jìn)行比對(duì),可以確認(rèn)這些結(jié)果是真實(shí)可靠的,初步顯現(xiàn)了CSRH強(qiáng)大的探測(cè)能力。
CSRH低頻陣的首次出光,進(jìn)一步驗(yàn)證了射電日像儀的功能與性能??梢云诖浒磿r(shí)完工和適時(shí)運(yùn)行,將在未來(lái)太陽(yáng)物理前沿領(lǐng)域的探索中發(fā)揮重要作用。
2013年1月22日6:30 UT,由CSRH低頻陣觀測(cè)經(jīng)CASA軟件處理獲得的30ms積分圖像(a),同日法國(guó)南茜天文臺(tái)(b)和俄羅斯十字陣(c)在不同頻率上的射電圖像,以及SDO衛(wèi)星193埃波長(zhǎng)的極紫外圖像(d)。這幾天太陽(yáng)一直處于寧?kù)o狀態(tài),沒(méi)有爆發(fā)活動(dòng)。注意CSRH低頻陣1.7GHz圖像中的亮源B在432MHz和5.7GHz圖像中均無(wú)顯著輻射,但是在極紫外圖像上明顯對(duì)應(yīng)著亮冕環(huán)結(jié)構(gòu),射電輻射弱的區(qū)域?qū)?yīng)著冕洞(CH)。