科技日報(bào)記者 陸成寬

廣袤的草原上，微風(fēng)拂過，草浪泛起翠玉般光澤。放眼望去，3排碩大的銀白色鋼架如同拔地而起的巨人，靜靜佇立?！翱矗切佄镏婵蚣芙Y(jié)構(gòu)就是主望遠(yuǎn)鏡了。”車上的工作人員指著遠(yuǎn)處的“巨人”告訴科技日報(bào)記者。

前不久，跟隨中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱“空間中心”）科研人員，記者來到地處內(nèi)蒙古錫林郭勒盟的空間中心明安圖野外科學(xué)觀測研究站，探秘我國首臺行星際閃爍監(jiān)測望遠(yuǎn)鏡。

“這臺望遠(yuǎn)鏡是國家重大基礎(chǔ)設(shè)施‘子午工程二期’的重大設(shè)備之一，當(dāng)?shù)厝朔Q它為‘草原天眼’，其探測靈敏度處于國際領(lǐng)先水平。”剛到達(dá)觀測站，行星際閃爍監(jiān)測望遠(yuǎn)鏡首席科學(xué)家、空間中心研究員顏毅華就熱情地介紹起來，它的建成標(biāo)志著我國行星際閃爍地基觀測能力躍居世界前列。

預(yù)警“太空炸彈”

“什么是行星際閃爍？”剛下車，記者就迫不及待地問顏毅華。

“所謂行星際閃爍，就是遙遠(yuǎn)的宇宙射電源發(fā)出的無線電信號，在穿過太陽系時，被不均勻的太陽風(fēng)‘?dāng)噥y’了路徑，導(dǎo)致地球上接收到的信號出現(xiàn)快速、不規(guī)則變化，就像星星在太空中眨眼睛?！鳖佉闳A解釋道，“這類似于我們透過波動的空氣看遠(yuǎn)處的燈光，會有忽明忽暗的感覺。”

說話間，記者隨顏毅華來到控制室。在這里，工作人員可以實(shí)時監(jiān)控望遠(yuǎn)鏡工作狀態(tài)，并遠(yuǎn)程操控其觀測方向?！巴h(yuǎn)鏡由明安圖主站、伊和高勒輔站以及烏日根塔拉輔站組成?！鳖佉闳A指著示意圖介紹，3個站點(diǎn)均位于錫林郭勒盟，彼此相距約200公里，整體排列近似一個等邊三角形。

“為什么要專門建設(shè)一臺監(jiān)測行星際閃爍的望遠(yuǎn)鏡？”記者緊接著問道。

“監(jiān)測行星際閃爍，最主要的目的是開展空間天氣研究和災(zāi)害預(yù)報(bào)?！鳖佉闳A說。實(shí)際上，太陽與地球是一個緊密聯(lián)系的整體。太陽持續(xù)“吹出”的太陽風(fēng)，攜帶著等離子體和磁場，構(gòu)成了地球周圍空間環(huán)境的背景流。當(dāng)太陽發(fā)生劇烈爆發(fā)事件，如日冕物質(zhì)拋射、大型耀斑或高能粒子暴時，這些快速變化的擾動會通過太陽風(fēng)傳播，并在抵達(dá)地球時引發(fā)磁暴、輻射暴等空間天氣事件。這些強(qiáng)擾動常被公眾稱為“太陽風(fēng)暴”。

劇烈的太陽風(fēng)暴威力巨大，猶如“太空炸彈”，可能導(dǎo)致衛(wèi)星毀壞、通信中斷、導(dǎo)航偏差、電網(wǎng)癱瘓等重大風(fēng)險(xiǎn)，威脅國家安全與民生基礎(chǔ)設(shè)施。因此，必須加強(qiáng)對空間天氣的監(jiān)測與預(yù)報(bào)。

“要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)太陽風(fēng)暴何時到達(dá)地球及其影響程度，關(guān)鍵在于掌握太陽風(fēng)以及其中傳播的擾動在行星際空間的速度、密度和結(jié)構(gòu)變化?！鳖佉闳A說，“監(jiān)測行星際閃爍正是獲取這些關(guān)鍵信息的重要手段?！?/p>

“主輔”協(xié)同觀測

走出控制室，記者順著草原小路走向主望遠(yuǎn)鏡。眼前3排并列的巨型天線，猶如3艘龐大的艦船矗立于草原之上，每排天線占地面積堪比足球場，場面蔚為壯觀。

“主站由3排拋物柱面天線組成，每排天線南北長140米、東西寬40米。它們共同構(gòu)成了我國目前口徑最大的拋物柱面射電望遠(yuǎn)鏡。”空間中心太陽活動研究室主任、研究員級高級工程師王威邊走邊向記者介紹，主站天線的拋物柱面設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)拋物面望遠(yuǎn)鏡的局限，在同等靈敏度下建造成本降低了60%。

“每一排天線上都有600個饋源，也就是通常說的信號接收單元?！蓖跬f，它們負(fù)責(zé)接收拋物柱面反射匯聚過來的宇宙射電信號，然后把這些信號傳送給后端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

除了規(guī)模龐大，主站望遠(yuǎn)鏡還在天線陣列協(xié)同、電子掃描、數(shù)據(jù)同步等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了突破。

“例如，我們攻克了巨型可動拋物柱面天線的高精度同步控制、相控陣饋源數(shù)字多波束接收等多項(xiàng)核心技術(shù)。其中，我們自主研發(fā)的首例天文大規(guī)模相控陣列接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從芯片到系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化?！鳖佉闳A說，“正是這些關(guān)鍵技術(shù)突破，賦予了‘草原天眼’強(qiáng)大的動態(tài)觀測能力?！?/p>

事實(shí)上，主站并非獨(dú)自運(yùn)作?！安菰煅邸眲?chuàng)新性地采用了“一主兩輔”的協(xié)同觀測體系?！爸髡救缤侀_的大網(wǎng)，負(fù)責(zé)廣域監(jiān)測；兩個輔站則如同一對長相與功能完全相同的孿生兄弟，能根據(jù)主站提供的線索，對特別活躍的太陽活動進(jìn)行深度觀測。”空間中心高級工程師范瑾說，“通過主站和兩個輔站聯(lián)合觀測，科研人員可直接推算出太陽風(fēng)速度等信息?！?/p>

展現(xiàn)卓越性能

“相比傳統(tǒng)的射電望遠(yuǎn)鏡只能接收特定方向的信號，‘草原天眼’可以同時接收多個方向的信號?！狈惰f，“其探測靈敏度極高，可以在多個頻段上捕捉到比手機(jī)信號弱百億倍的宇宙射電信號?！?/p>

工藝測試結(jié)果也表明，“草原天眼”具備對行星際閃爍信號的連續(xù)探測能力，一主站、兩輔站的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。其中，主站的天線口徑、噪聲溫度、探測靈敏度等關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

更重要的是，“草原天眼”通過融合東西向機(jī)械掃描與南北向電掃描技術(shù)，并采用相控陣饋源數(shù)字多波束接收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了寬視場和大天區(qū)的連續(xù)覆蓋。它能有效監(jiān)測北半球大部分可見天區(qū)，接收面積比國際上最大的同類望遠(yuǎn)鏡多出6%。

“它能通過逐日遙測行星際太陽風(fēng)速度，捕捉太陽風(fēng)在行星際空間的動態(tài)傳播過程，為我國和國際空間天氣預(yù)報(bào)提供原始觀測數(shù)據(jù)和定量數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，從而降低空間天氣災(zāi)害對航空航天、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航定位和電力系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的影響。”范瑾介紹。

自投入運(yùn)行以來，“草原天眼”展現(xiàn)出卓越性能，持續(xù)產(chǎn)出科研成果。如成功記錄了2025年5月的強(qiáng)烈太陽風(fēng)暴，展現(xiàn)了其對空間天氣事件的快速、高精度監(jiān)測能力。

“這臺‘大國重器’的建成，不僅彰顯了我國在射電天文領(lǐng)域的硬核實(shí)力，還為國際子午圈大科學(xué)計(jì)劃實(shí)施增添了新利器?！泵嫦蛭磥?，顏毅華信心滿懷，“我們將致力于追蹤太陽風(fēng)暴從太陽到地球的傳播全過程，填補(bǔ)我國行星際日常監(jiān)測的空白，為全球共同應(yīng)對空間天氣災(zāi)害貢獻(xiàn)中國智慧?！?/p>