八仙探天： 事件视界望远镜巡礼

事件视界望远镜（The Event Horizon Telescope，简称EHT）并非真实存在的巨型射电天文望远镜，而是由全球众多射电望远镜组成的合作项目。今年，EHT刚刚完成了对银河系中心的巨型黑洞人马座A*的拍摄工作，而具体的报告则要等到明年了。在漫长的等待期间，我们不妨先学习一些知识。

射电天文学的起源可以追溯到上世纪30年代。1932年，贝尔实验室的天文学家卡尔·央斯基发现了银河系的射电辐射；随后，另一位天文学家格罗特·雷伯重复了央斯基的工作，并在1937年，在自家后院利用自制的望远镜观测到了银河系射电连续谱发射。20世纪60年代，震撼天文学界的四大发现——星际分子、微波背景辐射、脉冲星、类星体，无一不与射电天文学息息相关。世界上的射电天文已经经历了几个阶段的发展，在单孔径大射电望远镜、综合孔径干涉仪、毫米波、空间等多个方面均达到一个新的技术水平，带动了射电天文在宇宙学、星系和星系核、恒星和脉冲星、以及天体测量及其应用方面的发展。而目前与射电天文有关的研究已经先后获得了6次诺贝尔物理学奖。

EHT正是射电天文的一次“联合大作战”！而提到EHT，就不得不提VLBI——射电甚长基线干涉技术（very-long-baseline interferometry）。这项技术是射电天文中的明星，它将全世界的射电望远镜连成一张大网，每次多个观测站同时观测一个对象，这就相当于用一个巨型望远镜进行观测，从而获得比单独观测分辨率更高的图像。目前，全世界范围内众多研究机构皆有参与，并且已经建成了巨大的观测网络，我国的上海天文台、新疆天文台都是其参与者。其中，上海天文台的上海65米射电望远镜更是全球综合性能名列前茅的射电望远镜。

自EHT从2006年获取第一个数据以来，每年都有生力军加入EHT。正所谓“八仙过海，各显神通”，在这篇文章里，我们将逐一认识一下参与EHT的八大主力。

1

西上查南托，迢迢见明星

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阿塔卡马大型毫米波阵

全称：阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

地址：查南托高原

海拔：4576～5044米（大部分地区高于5000米）

场所：露天装置

类型：亚毫米波干涉天线阵列

光学仪器：卡赛格伦望远镜

主镜直径：54×12.0米（欧洲AEM财团，德国杜伊斯堡的Vertex Antennentechnik公司，三菱电机公司联合制造）和12×7.0米（三菱电机公司制造）

主镜材料：碳纤维增强复合材料和铝（12米），铁和铝（7米）

次镜直径：0.75米（12米天线），0.475米（7米天线）

次镜材料：铝

装置类型：地平式装置

出光日期：2011年9月30日

干涉测量法：基线从150米到16千米

注：欧洲AEM财团是由法国的泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（Thales Alenia Space）、意大利的欧洲工业工程集团（EIE-Group）和德国的梅兹MT机电一体化公司（ MT-Mechatronics）组成的。它们参与ALMA的建设，做出巨大的贡献。

ALMA探索着最前沿的天文问题之一——寒冷而遥远的宇宙。传统望远镜的功能是收集并分析可见光，它则另辟蹊径，搜寻光谱的未知部分。毫米波长和亚毫米波长为天文学家开启了全新的宇宙之窗。如果用传统方法进行精确地观测，那么天文学家需要建设一个直径达几千米的望远镜，因此ALMA分开的天线布满了整片台地。最远的两根天线相距两千米。天线相互链接，其信号汇合到一起。其结果是：我们得到了一个像整个天线一样巨大的望远镜，以前所未有的灵敏度和分辨率进行观测。近期，ALMA不断有新的重大成果发布。相信在未来，ALMA，这个凝聚了全世界科学家智慧的项目，将给我们带来更多的惊喜！

2

寒风九万里，吹度昆仑站

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南极巡天望远镜

全称：南极巡天望远镜（South Pole Telescope）

地址：南极内陆冰盖最高点冰穹A(DOME A)西南约7．3公里（内陆考察站昆仑站附近）

海拔：4087米

类型：大视场折反射望远镜光学系统

直径：68厘米

有效观测口径: 50厘米

分辨率: 1个角秒

装备：单片电荷耦合器件(CCD)，主镜装备有自动除霜系统

装置材质：低温钢和膨胀系数较低的材料

注：南极巡天望远镜是中国自主研发的首台全自动无人值守望远镜，由国家天文台、紫金山天文台中国南极天文中心、中国科学技术大学、南京天文与光学技术研究所、南京大学天文与空间科学学院、清华大学、北京师范大学、天津师范大学等单位联合研制并参与其中的工作。

高图像分辨率是光学天文观测所追求的最重要的指标。南极的准空间环境：干燥而稀薄的大气、低温、低风速、低大气边界层（～10米）的连续的冬夜等为天文观测提供了极好的条件：高大气透过率，极低的红外天光背景，优良的视宁度（～0.3角秒)，极有利于开展时域天文学研究，并大大降低了望远镜制作的难度。与其它地面望远镜相比，南极台址的最大优势为自然视宁度提高两倍多，在红外波段天光背景降低20－100倍。

在多个渠道的资助、多个天文单位的参与，以及具体的科研目标之下，我们有理由相信南极巡天望远镜会成为祖国天文研究的先知。

3

不畏浮云险，有志敢登攀

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阿塔卡马探路者实验望远镜

全称：阿塔卡马探路者实验望远镜（Atacama Pathfinder Experiment）

地址：智利 查南托高原

海拔：5050米

场所：露天装置

类型：亚毫米波天线

光学设计：卡塞格林

直径：12米（次口直径0.75米）

架台：ALT-方位角安装

装备：测辐射热计相机LABOCA（LABOCA采用了一系列极为敏感的温度计-被称为辐射热测量仪-检测亚毫米光）

镜面材料：碳纤维复合材料和铝

启用日期：2005年7月14日

注：APEX是马克斯·普朗克射电天文研究所（MPIfR，50%），昂萨拉空间天文台（OSO，23%），和ESO（27%）之间合作建造的望远镜，与ALMA距离很近。APEX是ALMA----阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵的一个探路者。ESO与国际合作伙伴正是在APEX的基础上建造的ALMA计划的原型天线。

亚毫米级天文学是一个目前正在蓬勃发展的天文学分支，它是研究“冷宇宙”的理想选择。APEX正是探寻只有几十开尔文的星际冷云中暗藏的秘密的急先锋。其中，LABOCA的高灵敏度，以及其广阔的视野（可达满月的直径的三分之一），使其成为亚毫米级宇宙成像的宝贵工具。

4

江流天地外，山色有无中

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墨西哥大型毫米波望远镜

全称：大型毫米波望远镜（Large Millimeter Telescope）

地址：墨西哥 波伯拉（Puebla）州 西耶拉火山顶

海拔：4500米

场所：露天装置

类型：射电望远镜

捕捉电波波长：1-3mm（位于这一波段的无线电信号处于无线电波与红外线之间，无线电波不会因宇宙尘埃而发生偏离，也不会随距离增加而减弱）

最大口径：50米

造价：1.2亿美元

启用日期：2008年

注：这架重达2500吨的天文望远镜共耗资1.28亿美元，其中的65.5%由墨西哥政府出资，并由美国政府和美国马萨诸塞大学共同承担剩余部分。其主要任务是探测宇宙大爆炸残存的电磁辐射。

5

危楼高百尺，手可摘星辰

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亚毫米波天文学望远镜

全称：亚微米波望远镜Submillimeter Telescope

地址：美国 亚利桑那州

海拔：1200米-1400米

场所：露天

类型：射电望远镜

直径：10米

装置材料：高精度碳纤维

注：SMT是亚利桑那大学和马克斯-普朗克研究所合作的射电天文望远镜。它的特点是特有的防尘装置和简便的实验操作。另外，精密的凸玻璃模具可以大批量生产望远镜所需的碳纤维增强塑料反射面板，这大大加强了望远镜的工作效率。

6

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麦克斯韦望远镜

全称：麦克斯韦望远镜（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）

地址：美国 夏威夷 冒纳凯阿火山

海拔：4100米

主镜口径：15米

类型：亚毫米波天文学望远镜

注：JCMT于1987年开始运作。它起初由联合天文学中心经营，并为纪念英国数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦而以之命名。在几年前这台曾为射电天文学研究立下汗马功劳的望远镜一度面临“无家可归”的困境。2015年3月，东亚观察站接管JCMT的运作。

7

会当凌绝顶，一览众山小

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夏威夷亚毫米波望远镜

全称：亚毫米波望远镜（Sub-millimeter Array）

地址：美国 夏威夷 冒纳凯阿火山

海拔：4200米

场所：露天

主镜直径：6米

类型：射电望远镜

工作频率：180GHz到700GHz

注：该望远镜由美国和台湾省合作建造，由八个直径6米的无线电望远镜组成，是第一台工作在亚毫米波的干涉仪。其基线长达509米，可以产生亚弧秒的合成光束。尽管阵列在白天和黑夜皆可运行，但大多数观测都是在大气较为稳定的夜间进行的。该望远镜对冥王星等太阳系中的寒冷地带的研究有着卓越的贡献。

8

群山多歧路，奋马探天边

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西班牙30米毫米波望远镜

全称：30m毫米波射电望远镜

地址：西班牙南部百莱达山上

海拔：2800米

类型：射电望远镜

场所：露天

工作波长：0.8mm

主镜直径：30米

跟踪指向精度：2.5角秒

启用时间：1985年

注：德法毫米波射电天文研究所(简称IRAM),由西德马克斯-普朗克射电天文研究所研制成功的30m毫米波射电望远镜，这是一架无任何遮挡的露天工作的望远镜。这台望远镜对恒星的形成、恒星系统的演化、高红移星系中的分子气体以及天体化学等方面的研究有着非常大的帮助。