[科普中国]-巨米波射电望远镜

项目背景

印度是发展中国家，论财力、论技术都比不上发达国家。在发达国家竞相追求研制综合孔径射电望远镜在短厘米波，甚至毫米波的观测能力的国际潮流中，印度选择了米波和分米波段，于1994年建成巨型米波综合孔径射电望远镜，这台望远镜在米波段的灵敏度超过了美国的甚大天线阵，成为世界之最。

印度天文学家选择米波段建造综合孔径射电望远镜，其原因虽然有经费不足、高科技不够发达的苦衷，但是从天文学研究方面意义方面来说，也是值得加以赞扬的。天体辐射频谱很宽，少了哪一段的信息都不利于我们全面地认识其辐射特性。此举也弥补了米波和长分米波高分辨观测能力的不足。特别是，随着无线电通信、电视、广播的普及和发展，无线电的人为干扰已经严重地威胁射电天文在米波段的观测，发达国家受到的影响更大，这也是导致天文学家不敢下决心建造巨型米波观测设备的原因。印度之所以敢下决心，是因为在印度，这种人为干扰还是比较小，并可能采取措施进行保护。1

总体布置GMRT由30面口径为45米的抛物线天线组成。天线的数目和分布是根据重要的天体物理观测研究课题的最优化而确定的。这些观测课题要求很高的灵敏度和分辨率，并要求能够成像。30面天线中的14面比较密集地集中在大约5平方千米的范围内，它们的分布或多或少有些随机，这5平方千米区域成为综合孔径望远镜的中心。其他16面天线沿三条长轨分布，形成Y形。最大的干涉基线是25千米。30面天线可以组成435个不同的双天线组合，因此在连续观测几个小时后，有435组射电信号记录需要进行相关分析。获得的天区射电源图像的分辨率相当于一面口径25千米的天线的分辨率。21

性能参数GMRT的总接收面积比美国甚大阵大3倍。由于天线效率高和频带足够宽，致使在327兆赫频段上的灵敏度要比甚大天线阵高出8倍，成为世界上最大的米波综合孔径射电望远镜。对应于最低和最高频率，其分辨率在60角秒到2角秒范围。

观测频段有六个，中心频率为50兆赫、153兆赫、233兆赫、325兆赫、610兆赫和1420兆赫。部分频段可同时进行双频观测。中心频率为1420兆赫的频段频率范围为1000-1450兆赫频段，又分为四个子频段，分别为1060兆赫、1170兆赫、1280兆赫和1390兆赫。12

结构特点GMRT设计上最大的突破是天线的设计和制造。按照常规，研制30台45米口径能工作在21厘米波段的可操纵抛物面天线的耗资，是印度无法承受的，但是印度的科学家和工程师却设计出又轻巧又便宜的大天线，使得建造这个射电望远镜成为可能。面对巨大的抛物面天线表面，清晰可见的是支撑天线表面的结构，反射面表面看起来像透明一样。反射面采用了非常轻、非常细的直径仅0.55毫米的不锈钢丝网编织的网格状结构，在反射面中心部分的网格为10×10毫米，而外部网格大一些，网孔为20×20毫米。网孔结构可以减少风力的影响。虽然小的网孔可能造成积雪，但是印度草原从不下雪。45米口径天线的重量与常规设计的22米口径的天线相当，天线很轻，造价也很低。天线运转自如，可对天体进行跟踪观测。

馈源放置在抛物面天线的焦点处，由四个支架支撑着。可旋转的馈源屋放置四个馈源，233兆赫和610兆赫组成一个复合馈源，占用一个位置。21

观测课题印度的GMRT可以观测从太阳系到可观测的宇宙边缘广阔空间中的射电源。最吸引人的观测课题是检测高红移的中性氢谱线。根据大爆炸理论，在中性氢云浓缩为星系以前具有非常大的红移（z=3-10），波长为21厘米的谱线已经红移到米波段，即从1420兆赫红移到350-130兆赫。这是由于中性氢以非常高的速度远离我们而去造成的。如果能检测到具有非常大的红移的中性氢谱线，将进一步证实大爆炸宇宙理论的预言，这将是一件震惊世界的成果。由于中性氢谱线的强度特别微弱，只有灵敏度非常高的射电望远镜才有可能检测到。GMRT所具有的高分辨率、高灵敏度性能，仗它具备观测研究这个课题的能力。除此之外，它还是观测研究银河系之外能射电星系、类星体、微类星体等射电源的强有力设备。12