射电天文发展报告

射电天文 学科进展报告

引 言

射电天文学为现代天文学做出了巨大贡献。上世纪六十年代天文学的四大发现，类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射，都是用射电手段观测到的。迄今有10项诺贝尔物理学奖授予天文学研究领域，射电天文学成就了其中6项，充分显示了这门新兴学科的强大生命力。以英国Jordrell Bank-76米、澳大利亚Parkes-64米、美国Aricebo-305米、德国MPIfR-100米和美国GBT-100米为代表的一批大型射电望远镜在国际上相继建成，射电干涉技术极大的提高了射电天文观测的分辨率和灵敏度，以美国甚大阵（VLA）、印度GMRT，英国MERLIN，美国的VLBA等综合孔径望远镜和欧洲的VLBI网（EVN）为代表的一批阵列构成并提供了不同的观测基线层次，以日本VSOP为代表射电干涉技术开始向空间发展。大型低频射电望远镜阵列LOFAR，21CMA，MWA等将为探测再电离时代高红移宇宙做出贡献。接收机方面，多波束技术和数字技术快速发展，使射电天文的观测效率和水平上了一个新的台阶。具有平方公里接收面积的SKA作为下一代米波和厘米波干涉阵，其核心科学目标雄心勃勃，前景令人鼓舞。美国NRAO-12米，欧洲IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望远镜的大量科学产出，德国APEX-12米和日本ASTE-10米的建成以及ALMA的建设，标志着毫米波亚毫米波观测技术的快速发展，拓宽了射电观测窗口。射电天文技术的进步极大的推动了天文学的发展。【注：国内外太阳的射电研究进展见太阳学科进展报告。】

我国的射电天文学发展迅速，研究力量主要集中在国家天文台总部、紫金山天文台、上海天文台和乌鲁木齐天文站等观测基地，以及北京大学、南京大学和北京师范大学等高校。研究方向主要布局于星系及活动星系核、分子谱线、脉冲星、射电天文技术等领域，还开展诸如探月工程VLBI测轨等深空探测研究。目前已建成了密云综合孔径望远镜、青海德令哈13.7米毫米波望远镜、上海佘山25米、乌鲁木齐南山25米、密云50米和昆明40米射电望远镜。国家天文台总部建立了大射电望远镜技术实验室，紫金山天文台建设了毫米波亚毫米波技术实验室，上海天文台建立了VLBI实验室。为适应我国射电天文学的发展，中国科学院在此基础上还成立了射电天文重点实验室。上海和乌鲁木齐的两台25米射电望远镜加入了EVN（欧洲VLBI网）和IVS（国际大地测量和天体测量VLBI网），成为国际一流设备的一部分。通过探月项目的实施，已初步建成国内VLBI网。这些设备通过开展有特色的科研课题，做出了国际水平的研究成果，还为国家深空探测事业做出了贡献。以赶

超国际天文界对宇宙黑暗时期的第一缕曙光的探测为目标，国家天文台在新疆建设了的宇宙原初结构探测的专用望远镜21CMA。国内各射电天文研究团组在充分利用国内现有的射电天文设备的同时，还争取世界上的先进的望远镜观测时间，在宇宙学、星系形成和演化、银河系结构、分子云与恒星形成、脉冲星等多个领域做出了在国际上有较高的显示度研究成果。

为实现跨越式发展，中国天文界正着手建造世界最大的射电望远镜— 500米口径球面射电天文望远镜FAST。FAST项目建设、科学目标的实现和发展是中国射电天文界未来10年内的最首要的任务。完善和高质量运行自主研制的射电望远镜，拓展国内已有望远镜的观测研究能力以及人才队伍的建设，是我国射电天文继续发展的基础。VLBI的建设是中国射电天文发展的重要方向。在探月VLBI网的基础上，建设中国VLBI 网，将在天体物理、天体测量以及深空探测中发挥作用。将来应该利用国内外设备深入开展宇宙学、恒星形成和演化、脉冲星和活动星系核等多学科方向的课题研究，同时国内的实验室还要加强射电天文关键技术的研发。

我国射电天文中长期发展规划的制定，需要研究国际射电天文领域的中长期发展趋势和目标，从实际出发，还要结合国家的战略需求。射电天文探索的前沿科学问题很广泛，涉及早期宇宙、大尺度结构、星系、恒星直至行星系统各个层次。一方面，中国应当有组织地、结合国际发展趋势和国内基础条件，积极参与国际射电天文项目（如毫米波综合孔径望远镜ALMA、厘米波综合孔径望远镜SKA）的合作研发，使我国进入前沿领域。另一方面，应提出以我为主、有明确科学驱动的的大型设备项目。中国射电天文事业的蓬勃发展，需要全体同仁的共同努力。

1、国内外射电天文发展现状

1．射电天文的历史以及国外射电天文近几年的发展和趋势

1933年贝尔实验室的卡尔·央斯基第一次在22MHz发现并确认了来自银河系中心的射电辐射，标志着射电天文研究的诞生，在传统天文学的光学观测窗口之外打开了全新的窥测宇宙的窗口。在第二次世界大战以后，建造军用雷达而得到空前发展的微波通讯技术转移到射电天文学，推动了射电天文学的发展，陆续建成了一批大型米波和厘米波射电望远镜，如英国Jordrell Bank-76米、澳大利亚Parkes-64米、美国Arecibo-305米和德国Effelsberg-100米望远镜等。1962年Ryle在英国建造了世界上第一台综合孔径望远镜，并因此获得1974年诺贝尔物理奖。20世纪六十年代初在星际介质中观测到不同转动能级跃迁产生的分子谱线，分子天文学的奠基人Townes获1964年诺贝尔物理学奖。Hewish和研究生Bell在1967年发现了1.337秒精确周期的连续射电脉冲信号并断定它们来自理论预言的中子星，Hewish获1974年诺贝尔物理学奖。Taylor和他的研究生Hulse在1974年发现了第一颗脉冲双星，通过对它互绕周期衰减的长期检测间接证明引力辐射的存在，获1993年诺贝尔物理学奖。1965年Penzias 和Wilson探测到了3K微波背景辐射，为宇宙暴涨模型提供了观测证据，获1978年诺贝尔物理学奖。1989年发射的COBE卫星精确地测定宇宙微波背景并为这一暗弱背景上~ 1/100,000的各向异性成像，显示了宇宙原初的物质分布扰动。Mather和Smoot因此获2006年诺贝尔物理学奖。迄今有10项诺贝尔物理学奖授予天文学研究领域，射电天文学成就了其中6项，充分显示了这门新兴学科的强大生命力。射电天文学还发现了21厘米HI线、星际非热辐射、射电星系、相对论性喷流、引力透镜、黑洞证据、原星系、巨分子云、星际脉泽、原恒星、太阳系外行星系统、以及太阳和金星上的射电风暴等。

70年代干涉技术也得到了长足发展，陆续建成了英国剑桥5km、荷兰莱顿大学威斯特波克（Westerbork）综合孔径、美国NRAO的甚大阵（VLA）、澳大利亚ATCA阵、英国MERLIN阵等。80年代以来，欧洲的VLBI网（EVN）、美国的VLBA阵、日本的VERA和空间

VLBI（VSOP）相继投入使用，这些新一代射电望远镜在分辨率、灵敏度和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。毫米波射电天文学也在70年代得到了快速的发展，当时已建成的毫米波望远镜共有约30台，其中为分子天文学做出巨大贡献且迄今还在运行的有：美国的NRAO-12米、瑞典Onsala-20米、美国五大学FCRAO-13.7米以及IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望远镜。从80年代后期开始又陆续建成了美国BIMA