'新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲'

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

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圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

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圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

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圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

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圖5. 2012年9月青海德令哈選址

經過對比不同站址的情況和數據,最終,我們選定了新疆巴里坤紅柳峽的一處站址,基建工程於2014年7月26日動工。但是,這項建設還有不少困難,主要是這裡比較偏遠,附近只有幾個小村,從巴裡坤縣城到大紅柳峽鄉距離160公里,需要四個小時的路程,中間有60公里極其難走的土路,稍不小心就容易扎破輪胎,換備胎成了我們必備的技能。最嚴重的一次是我們一行三輛車進山做定標測量實驗以及施工,結果三輛車更換了四個輪胎。經過大家的努力,終於在 2014年底完成基建,2015年完成了電子設備安裝。

大紅柳峽鄉海拔1500米,冬季溫度經常低於零下15度。為了天籟項目陣列能夠早日建成,按時完成項目,項目組所有成員在大紅柳峽堅持工作。我們一起和施工師傅掄起斧鎬挖溝、組裝光纜、一起在山裡搭起火爐為水泥基礎取暖。這樣艱苦的條件,也造就了像組裡吳鋒泉副研究員、孫士傑助理工程師、李吉夏同學等全能型人才,修車、電焊、切割、電子線路、噴油漆等樣樣精通。

"

在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

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圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

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圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

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圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖5. 2012年9月青海德令哈選址

經過對比不同站址的情況和數據,最終,我們選定了新疆巴里坤紅柳峽的一處站址,基建工程於2014年7月26日動工。但是,這項建設還有不少困難,主要是這裡比較偏遠,附近只有幾個小村,從巴裡坤縣城到大紅柳峽鄉距離160公里,需要四個小時的路程,中間有60公里極其難走的土路,稍不小心就容易扎破輪胎,換備胎成了我們必備的技能。最嚴重的一次是我們一行三輛車進山做定標測量實驗以及施工,結果三輛車更換了四個輪胎。經過大家的努力,終於在 2014年底完成基建,2015年完成了電子設備安裝。

大紅柳峽鄉海拔1500米,冬季溫度經常低於零下15度。為了天籟項目陣列能夠早日建成,按時完成項目,項目組所有成員在大紅柳峽堅持工作。我們一起和施工師傅掄起斧鎬挖溝、組裝光纜、一起在山裡搭起火爐為水泥基礎取暖。這樣艱苦的條件,也造就了像組裡吳鋒泉副研究員、孫士傑助理工程師、李吉夏同學等全能型人才,修車、電焊、切割、電子線路、噴油漆等樣樣精通。

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圖6.吳鋒泉冒雪檢修線路

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖5. 2012年9月青海德令哈選址

經過對比不同站址的情況和數據,最終,我們選定了新疆巴里坤紅柳峽的一處站址,基建工程於2014年7月26日動工。但是,這項建設還有不少困難,主要是這裡比較偏遠,附近只有幾個小村,從巴裡坤縣城到大紅柳峽鄉距離160公里,需要四個小時的路程,中間有60公里極其難走的土路,稍不小心就容易扎破輪胎,換備胎成了我們必備的技能。最嚴重的一次是我們一行三輛車進山做定標測量實驗以及施工,結果三輛車更換了四個輪胎。經過大家的努力,終於在 2014年底完成基建,2015年完成了電子設備安裝。

大紅柳峽鄉海拔1500米,冬季溫度經常低於零下15度。為了天籟項目陣列能夠早日建成,按時完成項目,項目組所有成員在大紅柳峽堅持工作。我們一起和施工師傅掄起斧鎬挖溝、組裝光纜、一起在山裡搭起火爐為水泥基礎取暖。這樣艱苦的條件,也造就了像組裡吳鋒泉副研究員、孫士傑助理工程師、李吉夏同學等全能型人才,修車、電焊、切割、電子線路、噴油漆等樣樣精通。

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圖6.吳鋒泉冒雪檢修線路

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圖7. 2015年1月剷雪進山搭建線路

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

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圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

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圖5. 2012年9月青海德令哈選址

經過對比不同站址的情況和數據,最終,我們選定了新疆巴里坤紅柳峽的一處站址,基建工程於2014年7月26日動工。但是,這項建設還有不少困難,主要是這裡比較偏遠,附近只有幾個小村,從巴裡坤縣城到大紅柳峽鄉距離160公里,需要四個小時的路程,中間有60公里極其難走的土路,稍不小心就容易扎破輪胎,換備胎成了我們必備的技能。最嚴重的一次是我們一行三輛車進山做定標測量實驗以及施工,結果三輛車更換了四個輪胎。經過大家的努力,終於在 2014年底完成基建,2015年完成了電子設備安裝。

大紅柳峽鄉海拔1500米,冬季溫度經常低於零下15度。為了天籟項目陣列能夠早日建成,按時完成項目,項目組所有成員在大紅柳峽堅持工作。我們一起和施工師傅掄起斧鎬挖溝、組裝光纜、一起在山裡搭起火爐為水泥基礎取暖。這樣艱苦的條件,也造就了像組裡吳鋒泉副研究員、孫士傑助理工程師、李吉夏同學等全能型人才,修車、電焊、切割、電子線路、噴油漆等樣樣精通。

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圖6.吳鋒泉冒雪檢修線路

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圖7. 2015年1月剷雪進山搭建線路

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圖8.吳鋒泉冒著嚴寒在測量饋源位置

如今,天籟實驗陣列已經建成。試驗陣列包含三組南北長40米,東西寬15米的拋物柱面天線和十六面口徑為6米的碟形天線。天籟正張開雙耳,接收來自宇宙的聲音,目前觀測數據已接近400TB,初期的科學成果將於近期相繼發表。

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在宇宙中有這樣一種物質,看不見摸不到,卻佔了宇宙總密度的70%,它就是暗能量。在地球上有這樣一個地方,海拔高氣溫低,但射電干擾少,它是“天籟項目”射電望遠鏡陣列所在地,觀測暗能量的好地方。為了能夠找到這個地方,科學家們跋山涉水,卻從未放棄,讓我們跟隨他們的步伐,看看選址過程中那些“祕密”吧。

天籟計劃的主要科學目標是研製一個射電望遠鏡陣列,通過探測中性氫信號來探測佔宇宙總密度70%的暗能量。相對於銀河系的前景噪聲,中性氫信號十分微弱,且處於射電低頻,人工輻射源多,容易受到干擾,國內現有的一些天文站點建設較早,現在已難以滿足使用要求,需要選取新的站址。

選址的要求和標準主要有:(1)射電干擾少,電磁環境優良;(2)最終的天籟陣列預計是一個邊長約120米的正方形,初期階段的實驗陣約45米見方,因此陣列站址的平整地至少要能夠達到120m*120m,以便於安裝望遠鏡陣列設備,當然最好再大一些。同時,四周最好有山脈當屏障,可以屏蔽部分遠處傳來的人工干擾電波;(3)在電力供應、交通方面便利;(4)所選站點極端天氣較少,且遠離地震帶和礦帶;(5)綜合考慮當地的情況,希望在短期內站址附近工業、經濟、人口等不會發生大的變化。

根據這些基本原則,天籟項目組前後用了四年的時間,跋山涉水、晝夜兼程,踏訪了北京(密雲)、內蒙、陝西、吉林、貴州、青海、新疆、西藏等地區遴選出的200餘個站點,進行了初選電磁環境測試,並有重點地對一些站點進行了綜合調查,最終選定了新疆哈密市巴裡坤縣大紅柳峽鄉鄉政府東南約6公里處的山裡 (東經91°48′20.18″,北緯 44°09′08.44″)。

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圖1. 天籟選址圖,圖中紅點都是測試過的候選點(有些站點,例如貴州FAST站址附近地形起伏,在很近範圍內實際有幾十個站址)

那麼,天籟站址究竟是怎麼選出來的呢?我們首先借鑑國內其它天文單位選址成果,考慮已有天文臺附近的區域。對某一地區,首先通過分析遙感資料(谷歌地圖和衛星照片),篩查遴選一批該地區人煙比較稀少、地形較合適的候選站址,並標註經緯度和路線。然後,由課題組成員攜帶一套電磁環境監測儀器,包括寬頻的盤錐天線、放大器、頻譜儀等,到候選站點進行實地觀測和電磁環境測量。這套儀器可以拆卸成部件,便於攜帶,到站點後用很短時間就可以組裝起來,對所在地的電磁頻譜進行測量。

除了我所在的國家天文臺宇宙暗物質暗能量研究團組的老師和同學外,還有一些合作單位(如杭州電子科技大學、新疆天文臺、內蒙古大學、內蒙古師範大學等)也參與了選址。針對天籟的科學目標,在初步考察中我們一般先快速地測量400MHz-1400GHz之間的人工干擾情況,如果該候選站址電磁環境較好,再擴大頻譜範圍並用一定時間開展連續監測。

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圖2. 天籟項目組研發的選址頻譜監測設備

考慮到中國天眼FAST建在貴州平塘,那裡也是我們最初就開始考慮並走訪的站址之一。FAST團組的朱博勤研究員是遙感出身,參與過FAST選址,非常有經驗。2011年4月,由朱博勤老師帶隊,我和天籟項目負責人陳學雷研究員,杭州電子科技大學的陳志平老師一起來到貴州。

貴州選址很消耗體力,因為那裡地無三分平,很多候選站址是四面環山的窩凼,沒有通行道路,需要步行。這種地形可以屏蔽干擾,但窩凼山勢陡峭,我們揹著儀器爬過山頂,再下到窩凼底部,做完試驗以後再原路返回。窩凼一般沒有路,偶爾有些羊腸小道,但也是荊棘叢生。有時需要僱傭嚮導,拿著砍刀在前面開路,有了這番體驗,才知道FAST當初選址團組的艱辛。

貴州地區山勢陡峭,缺乏車輛可通行的道路,這對於天籟實驗是個很大的困難,因此,此後我們把目光轉向了西北地區。

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圖3.2011年4月貴州選址

我曾前往青海德令哈進行了為期兩個星期的選址,國家天文臺鄧李才研究員親自陪我進行了第一個星期的站點測試。9月份的德令哈驕陽似火,揹著試驗儀器在海拔3300米以上的高原上行走是很消耗體力的,多虧大家幫我分擔了不少儀器的重量。青海德令哈地區的電磁環境優良,且各遴選站點都在山谷區域。此外,陳學雷研究員和李毅超同學又進行了西藏阿里地區的選址,也找到了電磁條件很好的站址。但青海、西藏的各站址海拔都比較高,要建設站址和維持運行困難比較大。

我們首次前往新疆選址是2011年春節前的一個星期,我和陳學雷研究員一起前往。新疆天文臺的王維俠老師此前曾對新疆地區做過很廣泛的調研,我們根據他的建議走訪了五六個站點。

記得當時正值寒冬,我們驅車六個小時來到了木壘縣大石頭鄉的一處候選站址。站址離公路還有幾公里遠,因為下面的牧道被厚達80公分的積雪覆蓋住了,只得將車停在公路上,徒步前行,迎著風吹雪,我們在雪地裡來回穿梭了三個多小時才完成此次調查。次日,我們又去巴里坤紅柳峽的一處站址進行調查,在鄉間土路上車陷入了雪中,我們用鏟子鏟了半天雪也未能奏效,眼看天快黑的時候,終於等來一輛路過的哈薩克牧民的拖拉機,把我們拉出了困境。

2011年五月下旬,我們再次前往新疆繼續選址。此次新疆選址前後共花了15天時間。每天要外出實驗,所去之處都是人跡罕至的戈壁或者草原,我們自帶一些饢餅子和榨菜作為午餐。在和靜縣烏拉斯臺附近一處海拔3500米的站點,我們遇到了冰雹和大雨。

當我們終於徒步到達遴選點開始電磁環境測量的時候,突降暴雪,溫度突然降低了二十多度,雖然堅持做完了測試,但回程的路上“麻煩”還是來了。返回的路上經過一處河灘,我揹著儀器,因石頭太滑,摔進了河裡。同行的吳鋒泉博士也扭傷了腳,新疆天文臺的李銳回去就感冒發燒了。

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圖4. 2011年5月新疆烏拉斯臺附近選址突遇暴雪

總而言之,整個選址過程是十分辛苦的,極端天氣、儀器和車輛故障、高原反應、山裡迷路等都發生過不少次。但是我們沒有因此而放棄任何一個遴選點的測試,因為目標很明確,就是要早日為天籟陣列找到合適的站址,保證整個項目按時完成。另一方面,選址對我個人也是難得的體驗,使我增長了見識,認識了很多朋友,也飽覽了祖國的大好河山。

經過一段時間的調查,我們感到新疆地區的地形和條件比較適合我們的望遠鏡項目,因此進行了多次選址調查。杭州電子科技大學的張巨勇老師和我們組左世凡同學對新疆西北部地區進行了調查;張巨勇和吳鋒泉又在新疆東部的巴裡坤縣紅柳峽地區進行了廣泛的調查。

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圖5. 2012年9月青海德令哈選址

經過對比不同站址的情況和數據,最終,我們選定了新疆巴里坤紅柳峽的一處站址,基建工程於2014年7月26日動工。但是,這項建設還有不少困難,主要是這裡比較偏遠,附近只有幾個小村,從巴裡坤縣城到大紅柳峽鄉距離160公里,需要四個小時的路程,中間有60公里極其難走的土路,稍不小心就容易扎破輪胎,換備胎成了我們必備的技能。最嚴重的一次是我們一行三輛車進山做定標測量實驗以及施工,結果三輛車更換了四個輪胎。經過大家的努力,終於在 2014年底完成基建,2015年完成了電子設備安裝。

大紅柳峽鄉海拔1500米,冬季溫度經常低於零下15度。為了天籟項目陣列能夠早日建成,按時完成項目,項目組所有成員在大紅柳峽堅持工作。我們一起和施工師傅掄起斧鎬挖溝、組裝光纜、一起在山裡搭起火爐為水泥基礎取暖。這樣艱苦的條件,也造就了像組裡吳鋒泉副研究員、孫士傑助理工程師、李吉夏同學等全能型人才,修車、電焊、切割、電子線路、噴油漆等樣樣精通。

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圖6.吳鋒泉冒雪檢修線路

新知丨跋山涉水去聆聽宇宙“天籟”之聲

圖7. 2015年1月剷雪進山搭建線路

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圖8.吳鋒泉冒著嚴寒在測量饋源位置

如今,天籟實驗陣列已經建成。試驗陣列包含三組南北長40米,東西寬15米的拋物柱面天線和十六面口徑為6米的碟形天線。天籟正張開雙耳,接收來自宇宙的聲音,目前觀測數據已接近400TB,初期的科學成果將於近期相繼發表。

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圖9. 已建成的天籟試驗陣列

來源:中國科學院國家天文臺

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