空と太陽を眺め、星の海を探検する - 千目珠が太陽、月、星を「見つめる」 →

9月27日、中国科学院国家宇宙科学センターが主導する国家の重要な科学技術インフラ「宇宙環境地上統合監視ネットワーク」（子午線プロジェクト第2期）のランドマーク設備の一つであるドーナツアレイ太陽電波撮像望遠鏡（以下、ドーナツアレイ、DSRT）が工程試験に合格した。この国宝は太陽の「くしゃみ」を監視できるだけでなく、パルサーの検出にも成功しており、我が国の太陽物理学と宇宙天気研究に高品質の独立した観測データを提供しています。

四川省甘孜州稲城県加同鎮の標高3,820メートルに建てられました。直径6メートルのパラボラアンテナ313基で構成されています。すべてのアンテナは直径 1,000 メートルの円上に均等に分散されています。リングの中央にある高さ 100 メートルの校正タワーは、観測リンク全体の校正ベンチマークを提供します。見た目が巨大な「千眼玉」のように見えることから「千眼玉」という愛称で呼ばれています。約1平方キロメートルの面積をカバーし、現在世界最大の総合口径電波望遠鏡です。

1. 太陽の「くしゃみ」を監視する

太陽も「くしゃみ」をすることができ、その力はかなり強力です！地球に最も近い恒星である太陽は、一見とても穏やかに見えますが、実際には太陽黒点、フレア、太陽風など、多くの「動き」をしています。コロナ質量放出が発生すると、太陽は大量の荷電粒子を放出します。強力な太陽爆発は100億トンの核爆弾のエネルギーを放出し、それが地球に向かって突進すれば深刻な影響を及ぼすだろう。

高速鉄道、送電網、石油パイプラインなどのハイテク地上システムは、地磁気擾乱によって発生する誘導電流によって麻痺したり、損傷を受ける可能性があります。天空の衛星も壊​​滅的な宇宙天気によって損傷を受ける可能性があります。

「千眼珠」は太陽を監視するために造られました。円形アレイは、さまざまな太陽の爆発活動を監視できるだけでなく、太陽嵐が惑星間空間に侵入するプロセスも監視できます。これは、太陽爆発のメカニズムや太陽地球伝播の法則を理解し、太陽活動が地球に与える影響を予測する上で重要です。

DSRT の中心的な使命は、地球の宇宙天気現象の発生源である太陽をリアルタイムで監視することです。 「これらのパラボラアンテナはひまわりのように、常に太陽の方向に回転しています。」 Thousand Eyed Dzi 313ユニットアンテナで受信された信号は、800メートルの光ファイバーを介して中央コンピュータ室に送信され、その後、周波数変換や収集などの後続処理が行われます。巨大な「電波カメラ」のように太陽の電波画像とスペクトルを測定することができます。

もっと簡単に言えば、千眼珠が太陽を見つめているということです。他の監視機器のデータと組み合わせることで、プラズマが地球に到達するまでの時間を計算できるため、衛星、通信施設、電力網などの正常な運用のための宇宙天気警報の提供や、各種機器の安全な運用の確保に役立ちます。

鮮明に見たいなら、場所選びが重要です。ここは標高3,830メートルで、空気が薄く透明度が高いです。緯度が低いため、観測可能な空の領域が広くなります。山々に囲まれているため、人間の生産活動によって発生する電磁干渉も効果的に遮断されます。

パルサーの検出

パルサーは恒星の進化と超新星爆発によって生成される、高速で回転する中性子星です。重力波検出、ブラックホール、その他関連研究に使用できます。

簡単に言えば、パルサーは回転する中性子星ですが、大多数（ほぼすべて）の中性子星は回転しているため、回転する中性子星のすべてがパルサーであるわけではありません。

中性子星の非常に注目すべき特徴は、星の磁極から強力な放射線を放出することです。磁極はパルサーの回転軸と一致せず、一定の距離だけ離れています。このように、中性子星が一回転すると、電磁放射が灯台のように空間を横切ります。この放射線パルスが地球を横切ると、地球の電波望遠鏡によって捉えられ、新しいパルサーが発見されます。

したがって、正確に言えば、パルサーは回転する中性子星であり、その磁極エネルギー放射が地球を横切って中性子星になります。中性子星は半径が通常10キロメートル程度と非常に小さいため、このパルス放射がなければ検出することは困難です。

パルサーは非常に速く回転します。最初のパルサーは 1967 年に発見されました。2 つのパルス間の時間間隔はわずか 1.337 秒でした。つまり、このパルサーは 1.337 秒ごとに 1 回転することになります。世界で発見されたパルサーの中で、最も長いパルス間隔はわずか 11.765735 秒、最も短いパルス間隔はわずか 0.0014 秒です。

パルサーの脈動は人間の脈動や時計のようなもので、非常に高い精度と非常に安定した周期で何度も繰り返されます。

DSRT は、一連の連続電波画像の取得に成功し、連続電波画像から初めてパルサーの閃光をリアルタイムで特定しました。こうして、DSRT はパルサーと高速電波バーストを観測する「コピー」ミッションを開始しました。

2023年3月、システムデバッグ段階にあったリ​​ングアレイは、中国初となる電波画像シーケンスに基づくパルサー検出実験を実施し、連続した電波画像からパルサーの閃光を識別することに成功した。 5月にはリングアレイと欧州低周波アレイ（LOFAR）が共同観測実験を実施し、相互検証を達成した。 7月には、円形アレイが太陽活動を継続的かつ安定的に高品質で監視する能力を獲得しました。パルサー撮像などの電波天文観測能力が初期検証され、科学的な試験観測が開始されました。

III.建設の困難と困難の克服

円形アレイの科学的観測目標を達成するには、 313 個のアンテナと 626 個の受信リンクが非常に優れた振幅と位相の一貫性を備えている必要があります。

建設プロセスにおいて、プロジェクトチームは一連の重要なコア技術を習得し、独自の円形アレイ構成と中央校正全体計画を提案し、シングルチャネルマルチリング絶対位相校正などの重要な技術を突破しました。

工程試験の結果、円形アレイ太陽電波撮像望遠鏡は最大視野が太陽半径10倍で、継続的かつ安定した太陽電波撮像およびスペクトル観測機能を実現し、すべての技術指標が予備設計報告書の要件を満たしているか上回っていることが示されました。

16ユニットの撮像実験システムは、「構築、デバッグ、運用を同時に行う」という原則に基づき、2022年3月から太陽撮像データの取得を開始し、これまでに多数の太陽活動画像とスペクトルデータを蓄積してきました。

IV.今後の展望

次の段階では、リングアレイは日中の太陽活動を観測し、太陽物理学と宇宙天気の研究のための長期にわたる高品質のデータシリーズを提供し、メリディアンプロジェクトの他の監視装置との共同観測を実施します。

また、円形アレイは、500メートル口径球面電波望遠鏡「中国天眼」や「中国複眼」レーダーアレイ、三亜非干渉散乱レーダーなど、国家の主要な科学技術インフラと共同観測を実施し、低周波電波調査、パルサー、高速電波バースト、惑星防衛監視・早期警戒などで重要な役割を果たすことが期待されている。

総合情報源：光明日報、科技日報、光明オンライン、人民日報オンライン、時空ニュース