河北大领投资管理有限公司：千眼天珠练就最强地基空间环境观测网
导语：今年8月，位于四川甘孜州稻城县的国家重大科技基础设施“子午工程”二期圆环阵太阳射电成像望远镜设备，经过四年的建设，正式进入了联调联试阶段。它将成为我国太阳监测网络的一部分，对太阳活动进行精密观测，为太空和地面设施的安全运行提供预警和保障。
一、“子午工程”意义何在
1.解决空间天气对人类的活动影响
太阳爆发时会抛射出大量高能粒子，在地球表面二十公里以上的外层空间是发生磁暴、太阳风等空间活动的重灾区。这些事件被称为“空间天气”，如同地球上的狂风暴雨，不仅会造成地球上的通讯中断、精密仪器损坏等问题，还可能危害航天员生命安全、永久损坏航天器。
因此，“子午工程”的科学目标是：了解空间环境中的灾害性空间天气的变化规律，与之前发射升空的“羲和”号、“夸父一号”卫星以及未来的近日探测卫星协同工作，全面获取这个日地空间环境信息并发展综合性的预报方法，为减少空间环境变化对我国的影响提供基础。
太阳磁场源源不断地释放高能粒子
2.推进网络工程的全面铺开
“子午工程”是“东半球空间环境地基综合监测子午链”的简称。
自2008年起，我国就正式建设和完善这一工程。它是全球跨度最长、功能最全、综合性最高的太阳活动监测链。其范围覆盖了东经120°子午链和中国附近的北纬30°纬度线上空，基本满足了中国地面与太空环境下的需求范围。后期还可能通过与俄罗斯和澳大利亚合作拓展范围以贯穿整条子午线。这项工程的全面展开，有助于探寻空间环境的区域性特征和整个地球外层空间环境的关系。
“子午工程”形成了“井”字观测网络
经过多年的建设，“子午工程”一期已经完成，沿着东经120°、北纬30°建设十五个地面观测站，形成一个“十”字，对近地空间环境展开监测。
同时，我国还在南极中山站建立综合观测站，针对这条子午线的最南端。“子午工程”二期目标是探索和描绘出日地间的能量传输、转换与耗散的过程与路径，在硬件上进一步将原有体系横向化和立体化，沿着东经110°、北纬40°，再建十六个地面观测站，以一个“井”字对我国附近的空间进行全覆盖监测。在这之中，对于太阳表面活动的高精度监测是整个工程的关键节点，圆环阵射电望远镜是面向这一任务的重点科学装置。
二、“千眼天珠”有何玄机
圆环阵射电望远镜是“观天神器”，有“千眼天珠”之称。目前，它作为国家重大科技基础设施“子午工程”二期的“阵眼”，是全球规模最大、性能最强的太阳射电成像望远镜。
建成后的圆环阵太阳射电成像望远镜是一台由313台直径六米的天线构成的综合孔径射电望远镜，这其中的每一台天线都形似反扣的锅盖，整个系统的所有天线都均匀分布在直径一公里的巨大圆环上，从上空看犹如一颗巨大的“千眼天珠”。
如同倒扣锅盖的天线
在系统集成和联调联试流程结束后，整套系统中的天线都将一致地运行：在白天进行观测时，所有的望远镜都像向日葵一样，每时每刻都朝着太阳的方向转动，以接收太阳发出的电磁波信号。每一台天线都由圆环中心约百米高的标定塔进行距离上的标定，同时标定塔为整个观测链路的调校提供标定基准。
为了充分研发和验证技术，整个望远镜工程采用了“三步走”的建设方案：首先建起两座天线进行系统研制；其次建起更复杂的16个天线单元系统验证信号融合与成像方法；最终才启动了313个天线单元的整体系统建设。
整套系统构成一个巨大的圆环
每台天线都面朝太阳接收信号
三、“千眼天珠”如何对日成像
“千眼天珠”对日观测的核心，在于对太阳电磁波的高精度成像。
太阳爆发出的高能粒子会在太阳球体中的不同位置辐射不同频率的电磁波信号。日地距离约有1.5亿公里，对地球造成主要影响的高能粒子传播速度较慢，需要几十个小时到达地球，而爆发产生的电磁波以光速传播，仅仅需要八分钟就能传播到地球。
因此，“千眼天珠”通过捕捉电磁波信号进行成像，就可以在太阳爆发几分钟内发现异常。在获得确切的结论后仍有充足时间进行反应，通过宝贵的时间差进行空间天气预报。
电磁波是高能粒子的“前哨”
完成这一目的需要一种成像方法。传统的望远镜建造费时费力且异常昂贵，一定程度上已经逼近了人类硬件制造的极限，目前全球很少有修建更大型望远镜的计划。
相对而言，另一种技术成为了主流方案：不同地点的射电望远镜可同时对宇宙同一区域进行探测，它们采集的信号有一些差别（尤其是不同设计的望远镜），通过算法对这些不同波段的信号进行“取长补短”处理后进行成像，能够达成“组网”的效果，可大大提高分辨率。
这种方案主要分为两类，分别是对精度和范围的取舍：一类是在很大的区域范围内（洲际范围）使用多台不同波段的大型望远镜进行组网，另一类是在相近区域使用大量小型望远镜进行成像观测。
“千眼天珠”属于第二类：一台小天线的直径只有六米，能力非常有限，但当313个小天线协同观测，其“虚拟望远镜”的直径达到了一公里，通过捕捉爆发过程150-450GHz的不同波段信号，对太阳爆发活动进行成像，能够将太阳高能活动全过程尽收眼底。
新建太空观测计划的主流方案-阵列望远镜
在使用过程中阵列望远镜也具备极大优势。传统望远镜作为一个整体，维护成本和要求极高，关键组件的设计制造难。而阵列望远镜即使有所损坏，替换掉损坏的天线并对系统重新进行调校即可运行，在这个过程中其他天线不需要停机，这对于整套系统可持续的运行有很大的意义。
结语：
“子午工程”二期将以全新的架构、硬件和方法首次从地面实现对日地空间环境全圈层、多要素综合的立体式探测。这套系统将进一步完善，并成为国际上综合能力最强的地基空间环境观测网，在天基网络的协同下，使我国空间环境监测能力进入世界前列。
