飛機(jī)從稻城亞丁機(jī)場(chǎng)起飛，從舷窗往外看，地面隱現(xiàn)一個(gè)小圓點(diǎn)。這個(gè)被群山環(huán)繞的小圓點(diǎn)，其實(shí)是個(gè)大家伙，它真實(shí)的名字叫圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡，位于海拔3820米的四川省甘孜州稻城縣，是目前全球規(guī)模最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，也是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)”（子午工程二期）的標(biāo)志性設(shè)備之一。

天珠是高原藏區(qū)的一種寶石，又稱(chēng)天眼珠。在藏族文化里，天珠被認(rèn)為是珍貴的“天降石”，寓意著吉祥美好、健康財(cái)運(yùn)。加之這個(gè)圓環(huán)陣俯瞰起來(lái)像一顆顆寶石，因此圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡便有了“天眼天珠”的美稱(chēng)。

“千眼天珠”本質(zhì)上是一座天文望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)的電磁波是射電波段。這是一種波長(zhǎng)比可見(jiàn)光更長(zhǎng)的“光”，我們常見(jiàn)的手機(jī)通信、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)工作的頻段就是射電波段。

大多數(shù)射電天文望遠(yuǎn)鏡是單口徑的，也就只有一個(gè)“鍋”，例如“中國(guó)天眼”（全稱(chēng)為500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）。但稻城的圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡不一樣，它是由數(shù)百個(gè)小“鍋”組成的一個(gè)觀測(cè)陣。這種陣列望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)上叫作綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡。

作為離地球最近的恒星，太陽(yáng)給地球和人類(lèi)帶來(lái)了光和熱，孕育了地球上的生命。但當(dāng)它“打噴嚏”的時(shí)候——強(qiáng)烈的太陽(yáng)爆發(fā)會(huì)釋放出100億顆百萬(wàn)噸級(jí)原子彈的能量。如果爆發(fā)時(shí)拋射出來(lái)的帶電粒子飛向地球，等離子體團(tuán)攜帶的巨大能量就會(huì)對(duì)地球的磁場(chǎng)、電離層、高層大氣密度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。這些對(duì)地球空間環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)的事件叫做“空間天氣事件”，會(huì)引起地球空間環(huán)境劇烈響應(yīng)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空間天氣（由太陽(yáng)活動(dòng)引起的短時(shí)間尺度的變化被稱(chēng)為空間天氣）事件對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響越來(lái)越大，比如電離層擾動(dòng)會(huì)影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度，磁場(chǎng)的變化會(huì)在地面電網(wǎng)、高鐵等大環(huán)路導(dǎo)體中產(chǎn)生超強(qiáng)的感應(yīng)電流，帶來(lái)線(xiàn)路故障等。

這時(shí)，“千眼天珠”就派上用場(chǎng)了——它像一部超大“射電相機(jī)”，對(duì)著太陽(yáng)拍照，給科學(xué)家們播報(bào)“空間天氣預(yù)報(bào)”。不過(guò)，雖然全球監(jiān)測(cè)太陽(yáng)“打噴嚏”的設(shè)備不少，有Y字形、螺旋形等多種形狀，但做成圓環(huán)陣的僅此一個(gè)。

在“千眼天珠”的建造過(guò)程中，科研團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)性提出圓環(huán)陣列構(gòu)型和中心定標(biāo)總體方案，即“千眼天珠”由313臺(tái)直徑6米的白色反射面天線(xiàn)組成，天線(xiàn)均勻分布在直徑1公里的圓環(huán)上，圓環(huán)中心有一座約百米高的中心定標(biāo)塔。

每天太陽(yáng)升起前，313臺(tái)天線(xiàn)同時(shí)對(duì)準(zhǔn)中心定標(biāo)塔進(jìn)行對(duì)焦校準(zhǔn)，保證射電鏡頭能夠很好地成像。太陽(yáng)升起后，它們就像向日葵一樣對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。太陽(yáng)落山后，“千眼天珠”并沒(méi)有“下班”，它還有其他觀測(cè)任務(wù)，如探測(cè)空間碎片、脈沖星和靜止軌道衛(wèi)星等。

由于太陽(yáng)的射電特征是快速變化的，普通的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡逐點(diǎn)掃描已不適用，需要一個(gè)射電頻段的“鏡頭”對(duì)太陽(yáng)拍照。

那么，“千眼天珠”為何要做成圓環(huán)狀？因?yàn)槲覀兛吹降膱A環(huán)陣，它的一圈天線(xiàn)以及后面的信號(hào)處理系統(tǒng)加在一起，等效于一個(gè)射電頻段的鏡頭，這樣我們就有了一部“射電相機(jī)”。更大鏡頭才能拍下更高質(zhì)量的照片，圓環(huán)陣的接收面積等效于一臺(tái)106米的單口徑天線(xiàn)的接收面積，有利于更好地分析太陽(yáng)活動(dòng)。

視場(chǎng)，簡(jiǎn)單理解就是望遠(yuǎn)鏡一次觀測(cè)所能看到的區(qū)域大小。而視場(chǎng)大小和望遠(yuǎn)鏡接收信號(hào)的“鍋”的口徑緊密相關(guān)：口徑越大，視場(chǎng)越小。我們以生活中的常見(jiàn)物品來(lái)解釋?zhuān)热绨霃皆酱蟮姆糯箸R，焦距越大，越能放大物體的局部，但是看到的視場(chǎng)就越小。你也可以想象一下，平時(shí)我們用手機(jī)拍照，擴(kuò)大焦距雖然能放大物體的局部，但我們看到的范圍卻變小了。

此外，小口徑的望遠(yuǎn)鏡建造技術(shù)相對(duì)成熟，成本較低、風(fēng)險(xiǎn)較小。當(dāng)然，口徑越小也就意味著接收到的輻射能量越弱。所以，綜合科學(xué)目標(biāo)和成本，科研人員給“千眼天珠”選擇了相對(duì)較小的6米口徑，使其能有較大的視場(chǎng)。

保證了視場(chǎng)之后，我們需要分辨視場(chǎng)內(nèi)盡可能多的像素點(diǎn)。天文學(xué)上，用角分辨率（成像系統(tǒng)或系統(tǒng)的一個(gè)部件的分辨能力）來(lái)指代觀測(cè)精細(xì)程度。角分辨率與望遠(yuǎn)鏡可以接收到信號(hào)的范圍尺度成反比，這與上述放大鏡原理類(lèi)似，尺寸越大，看到的結(jié)構(gòu)越精細(xì)。

對(duì)于單口徑望遠(yuǎn)鏡而言，不論角分辨率是多少，它能看到的都只是這個(gè)方向上的一個(gè)像素點(diǎn)。而對(duì)于陣列而言，信號(hào)接收范圍則是陣列分布范圍的最遠(yuǎn)距離，這個(gè)距離在天文學(xué)上被稱(chēng)為基線(xiàn)長(zhǎng)度。稻城太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡的基線(xiàn)長(zhǎng)度為1千米。

在成像概念里，陣列用到的物理原理是光波干涉。如右圖所示，宇宙中，兩個(gè)點(diǎn)發(fā)出的光波在望遠(yuǎn)鏡平面處會(huì)形成明暗相間的干涉條紋。科學(xué)家通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行處理，就能還原出空間中哪個(gè)地方有發(fā)出光波的源。望遠(yuǎn)鏡的最大間距越大，條紋越精細(xì)，科學(xué)家還原出來(lái)的輻射光波的點(diǎn)也就越精細(xì)，即得到的圖像分辨率也就越高。

“中國(guó)天眼”有500米口徑的接收面積，是世界上靈敏度最高的射電望遠(yuǎn)鏡，非常擅長(zhǎng)脈沖星和快速射電暴觀測(cè)，但不具備全天掃描能力。而“千眼天珠”的優(yōu)勢(shì)在于，具備高靈敏度的同時(shí)，通過(guò)313個(gè)小天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)如同射電相機(jī)般的功效，對(duì)于像太陽(yáng)之類(lèi)的射電源可以連續(xù)拍攝視頻。同時(shí)，它確定快速射電暴坐標(biāo)位置的能力更優(yōu)。由此可見(jiàn)，“千眼天珠”與“中國(guó)天眼”，雙方雖各有優(yōu)勢(shì)，但聯(lián)手能發(fā)揮更大作用。

隨著國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施綜合效能的釋放，“千眼天珠”一定能產(chǎn)出更多的高質(zhì)量科研成果，為占據(jù)射電天文和太陽(yáng)物理領(lǐng)域國(guó)際前沿，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)作出更大貢獻(xiàn)。

什么是子午工程？

子午者，南北也。子午工程是中國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，一期工程2008年開(kāi)工建設(shè)，2012年正式運(yùn)行。

子午工程一期大部分觀測(cè)設(shè)備，分布于東經(jīng)120度子午線(xiàn)附近，如同古人利用長(zhǎng)城烽火臺(tái)傳遞情報(bào)信息，沿南北方向布局設(shè)備有利于捕獲空間天氣擾動(dòng)的傳播和演化過(guò)程。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)領(lǐng)土的覆蓋，以及對(duì)中、小尺度空間天氣物理過(guò)程的探測(cè)，子午工程二期應(yīng)運(yùn)而生。在一期工程的基礎(chǔ)上，它在東經(jīng)100度和北緯40度附近，增加兩條觀測(cè)鏈形成“井”字形布局，空間環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，由此，子午工程將實(shí)現(xiàn)從地面對(duì)日地空間的三維立體式探測(cè)。“千眼天珠”是子午工程二期標(biāo)志性設(shè)備之一。