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大年初一,他们和两台射电望远镜一起开工

中国科学报

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工作中的刘宇伟(右)和吴寅秋。

■本报见习记者 江庆龄

1月29日,大年初一下午3点,中国科学院上海天文台(以下简称上海天文台)两位年轻工程师刘宇伟和吴寅秋,先后来到了佘山甚长基线干涉测量(VLBI)观测站。

观测站园区内分布着各种不同种类的天文观测仪器,其中最引人注目的是两台射电望远镜。一台是建于1987年的25米口径射电望远镜,另一台则是建于2017年的13米口径射电望远镜。随刘宇伟、吴寅秋一同开工的正是它们。

“开车过来就十多分钟”

“90后”刘宇伟是土生土长的上海人,今年是他连续第四年在春节期间到观测站进行实验观测。“我开车过来就十多分钟,很方便。”

他和吴寅秋的任务主要是开展世界时(UT1)观测实验。一天并非恒定不变的24小时,UT1观测能够给依靠地球自转角研制的“时钟”做标定,这个角度还是天地参考系相互转换最关键的量。

目前,VLBI是测定UT1的最高精度技术。通过以距离地球数十亿光年的类星体为观测目标,VLBI能够获得0.1毫角秒(10-3角秒)的空间分辨率和数十皮秒(10-12秒)的时间分辨率。由于观测是在厘米级射电波段,阴雨天也不影响实验。

观测开始前,刘宇伟和吴寅秋需要做一些准备工作。他们熟练地打开控制界面,查看数据能否被正常记录、望远镜的天线能否转动、信号接收设备的状态是否正常。一切确认无误后,他们认真查看当天的观测计划,把观测要求解码为望远镜可以读懂的指令,告诉它接下来一小时需要观测哪些目标。

随着他们的操作,园区内13米口径射电望远镜慢慢“低下了头”,不再“仰望天空”。在3250千米外的新疆乌鲁木齐南山,另一台13米口径射电望远镜已进入待命状态。

日复一日 常态化观测

下午4点,实验准时开始。在观测室内的屏幕上,两台望远镜时而“摇头晃脑”,时而静止不动,另一个屏幕上则是不断跳动的数据。

此时,团队负责人、上海天文台研究员李金岭来到了观测室。“我们实验的核心目标在于测量地球定向参数,即EOP。”李金岭告诉《中国科学报》。

EOP是描述地球空间姿态的一组关键参数,包括地球相对天球参考架的岁差章动、极移、UT1等5个参数。无论是天文观测、大地测量等科学研究,还是经济建设、深空航天等社会实践,都离不开EOP。目前,EOP测量采用了多种空间大地测量技术,VLBI是其中之一,尤其是它能唯一精确测定UT1。

2005年以来,为了改进VLBI技术能力,更好地满足观测与应用需求,国际甚长基线干涉测量服务组织(IVS)一直在推动VGOS(VLBI全球观测系统)的建设和发展。

相比很多射电望远镜对“大”的追求,VGOS射电望远镜一个主要特点是“小”。

“大气干扰射电信号传输带来的误差,是影响VLBI精度的最主要原因。这就要求望远镜的天线能够快速转动,通过对空间进行密集采样,从实测数据反演确定此误差源的具体影响。”李金岭解释说,“考虑到机械结构稳固性和驱动力矩等客观因素,大口径望远镜很难满足这个要求。”

在此背景下,上海天文台组建了空间基准建制化团队,包括在上海和新疆,目前已建设完成共计6个13米口径VGOS望远镜的自主观测网,并即将在海外建成多个含有13米口径VGOS望远镜的多技术并置站。

对于过去几年取得的成绩,李金岭颇为自豪。上海天文台已初步建立了全链条的产品研发和服务平台,生产出高精度的EOP数据产品,并已应用于深空航天、导航授时和科学研究等领域。“只有发展自己的高精度空间大地测量技术,掌握关键核心技术,独立自主测量EOP,我国才能够摆脱对外部技术的依赖,为相关领域的发展提供坚实的技术支撑。”

成绩背后,既离不开团队在承担国内外重大任务时的全力配合,也离不开日复一日的常态化观测,即使在节假日也不停歇。

调度尽显温暖

在观测过程中,记者留意到,刘宇伟和吴寅秋同时操控着上海和新疆两地的望远镜。

新疆的VLBI观测站位于海拔2000多米的山上,值班人员平常吃住也在山上。“春节他们都放假下山了,就由我们进行远程操作。”刘宇伟说。

观测数据是客观而冰冷的,而观测人员的调度尽显温暖。他补充说:“新疆一般是下午2点开始吃午饭,4点观测的话,他们就有比较充裕的准备时间。”

事实上,在两台望远镜建设之初,团队就已考虑提高机器自动化水平,尽可能解放人力。近年来,远程控制等系统正在升级完善。刘宇伟介绍:“过去,如果天线被‘卡’在一个极限的角度,必须由人在本地处理。后来我们升级改造了系统,现在天线可以通过远程操控恢复正常。”

李金岭领导的不到10人的团队,既要进行日常观测,又要承担工程类项目,不断扩大我国VGOS望远镜的“版图”。正是在他们的努力下,我国成为拥有VGOS望远镜最多的国家之一。

除了执行一些重要的联合观测任务时需要排班轮值外,团队成员在其余时间都享有相对的自由。“该放假就放假,该处理家事就处理,但心里的弦要绷着,遇到事情随时到位。”这是李金岭给团队定下的原则,他们也是这么执行的。

对于春节这个特殊的日子,刘宇伟和吴寅秋两位本地人主动留下来,以更好地掌控望远镜状态,及时反馈观测实验中的特殊情况。

下午5点,观测实验结束,二人在做最后的收尾工作。红色的霞光如薄纱般轻柔地罩在观测基地上,刘宇伟不经意间看向窗外,脱口而出——“真美”。

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