河北科研团队助力SKA—Mid首次获得干涉条纹 中国力量推动全球最大射电望远镜建设取得重大突破

问题——世界级射电观测迈向高分辨率需要“把阵列真正连成一台望远镜”。

平方公里阵列射电望远镜是全球多国共建共用的重大科学设施,台址分布在南非及周边国家和澳大利亚西部等无线电环境相对宁静区域。

与传统单口径望远镜不同,SKA—Mid、SKA—Low依靠大量单天线通过高速链路连接,将来自同一目标的信号在时间和相位上精确对齐并合成,才能形成干涉条纹,从而获得更高角分辨率、更强成像能力。

此次首次获得干涉条纹,意味着SKA—Mid完成了从“单天线可用”向“阵列可协同”的关键跨越,是其转入更复杂科学观测阶段的必要门槛。

原因——干涉条纹的背后是对“精度与稳定性”的系统性攻关。

干涉观测对天线结构、指向、跟踪以及电磁环境等指标提出极高要求:一方面,天线结构精度与波束形变会影响接收效率与信号一致性;另一方面,伺服系统控制精度和指向跟踪误差会直接引入相位偏差,削弱信号合成效果。

中国电科网络通信研究院相关负责人介绍,项目团队围绕伺服、电气、电磁兼容等环节开展技术攻关,针对天线波束变形与效率开展研究,通过优化结构精度提升关键性能;同时完善天线控制算法功能,提高伺服系统控制精度与跟踪精度。

在南非现场,团队还与多国技术人员开展系统联试,针对用户提出的功能需求逐项响应,推动工程指标向可观测、可验证、可交付的体系化能力转化。

此次SKAO利用两台中频天线协同观测一颗距离地球约26亿光年的射电星系并成功获得干涉条纹,正是多项系统能力共同作用的结果。

影响——标志性进展为后续扩大阵列规模、释放科学产出打开通道。

干涉条纹的获得不仅是一次工程验证,也为后续更大规模天线接入、开展多基线成像与高灵敏度巡天提供了关键支撑。

随着参与干涉的天线数量增加、最远基线拉长,阵列等效口径将进一步增大,可在宇宙磁场演化、星系形成、脉冲星与引力波背景等研究方向上提供更精细的观测数据。

SKAO总干事菲利普·戴蒙德表示,让每台天线单独运行已具挑战,而让天线作为整体协同工作更为复杂;此次突破证明系统已具备作为科学观测仪器协同运行的能力。

对我国相关参研单位而言,这一成果也体现了在大型科学装置关键工程能力、跨国协同交付与现场系统联试等方面的综合水平提升。

对策——以标准化、可扩展的工程体系支撑国际大科学装置稳定运行。

下一阶段,SKA—Mid需要在更多天线接入、长期稳定运行、复杂观测模式切换以及数据链路与校准流程等方面持续强化。

工程上应坚持以指标体系牵引任务分解,持续优化伺服控制与指向模型,完善电磁兼容与环境适应性验证;管理上要加强与多国团队的接口标准与联调流程,推动故障诊断、运维支持与软件迭代形成闭环,确保阵列能力从“可实现”迈向“可持续、可复制”。

同时,围绕关键部件与核心算法的持续改进,将有助于提升整体效率,降低规模化部署与运维成本。

前景——从“首获条纹”到“持续出图”,科学回报将随阵列成熟加速释放。

干涉条纹是阵列干涉的起点,真正的考验在于更复杂目标的成像质量、长期观测的稳定性以及大规模数据处理链路的可靠性。

随着SKA—Mid逐步增加参与观测的天线数量并形成更密集的基线覆盖,其对暗弱天体和高红移宇宙的探测能力将显著增强,预计将在射电天文学多个前沿领域带来新的发现。

对我国而言,持续参与SKA等国际大科学装置建设与运行,有助于在关键工程技术、国际科研合作机制以及相关产业链能力等方面形成更深层次的积累,进一步提升在全球基础科学与重大工程合作中的贡献度和影响力。

SKA中频望远镜干涉观测的成功实现,是人类探索宇宙奥秘征程上的又一重要里程碑。

在这一国际合作重大科学工程中,中国科研团队以精湛的技术和务实的态度赢得了国际同行的尊重。

展望未来,随着更多天线的加入和观测能力的持续提升,这座"地球巨眼"必将为人类认识宇宙带来更多突破性发现,而中国智慧也将在这一探索之旅中书写更加精彩的篇章。