[科普中國]-澳大利亞望遠鏡致密陣列

ATCA簡介

澳大利亞新南威爾士納拉布里鎮(zhèn)西邊25公里，排列著澳大利亞保羅懷爾德天文臺的澳大利亞望遠鏡致密陣列(Australia Telescope Compact Array，以下簡稱ATCA)。該陣列由6臺22米口徑的同型號射電接收器組成，每臺重達270噸。像美國VLA一樣，每臺接收器都被安裝在鐵軌上，可以根據(jù)需要排列成不同的角度和形狀。其中的五架接收器可以在長達3公里的軌道上自由移動，而第六架位于3公長的主鐵軌的最西端。4

ATCA是澳大利亞望遠鏡國家設施網(wǎng)絡的一部分，除了獨立完成太空觀測任務之外，ATCA還能與澳大利亞帕克斯天文臺的64米口徑望遠鏡，以及新南威爾士庫納巴拉班莫拉天文臺的單一22米口徑蝶形接收器協(xié)同工作，組成一個超長基線干涉的觀測陣列，其等效分辨率最高可以等同于一架口徑相當于兩地之間距離的單口徑射電望遠鏡。45

建設背景早期的澳大利亞射電天文學處于國際先鋒的角色．但是到了20實際80年代，綜臺孔徑和VLBI（甚長基線干涉測量技術(shù)）蓬勃發(fā)展，單天線已經(jīng)不能獨霸天下了。澳大利亞的射電天文觀測設備開始落后。再次崛起要靠研制更先進的射電望遠鏡。1983年聯(lián)邦政府撥款研制澳大利亞望遠鏡．即澳綜合孔徑射電望遠鏡，作為慶祝澳大利亞建國200周年獻禮項目之一。1984年開始興建，1988年如期完成井投入使用，全名為Australia Telescope Compact Array，簡稱ATCA，總共耗資5千萬澳元。6

澳大利亞地處南半球，有得天獨厚的地理條件?，F(xiàn)存的大型綜合孔徑射電望遠鏡都在北半球，ATCA是南半球靈敏度和分辨率最高的綜臺孔徑射電望遠鏡。雖然它的功能不受美國的VLA，但是它能觀測VLA觀測不到的高南緯的射電源。這對于銀心的觀察，對于最近的伴星系——大、小麥哲侖云的觀察；對于兩個最近的射電星系——半人馬座A和天爐座A的觀察；以及對于球狀星團——半人馬座ω、杜鵑座47的觀察均極為有利。借助于威力強大、自成體系的澳大利亞望遠鏡，澳大利亞天文學家將會對射電天文學中的一系列重大課題，如恒星的形成和演化，星系的形成，銀心的結(jié)構(gòu)細節(jié)等作出新的重要貢獻。67

天線信息ATCA由6面直徑12米的天線組成，東西向一字排開，基線全長6千米。相當于一面直徑為6千米天線的射電望遠鏡的分辨率。6面天線中，一面天線固定，其它5面放置在鐵軌上，可以按照要求移動到預定的位置上，以取得不同的天線間距情況下的觀測數(shù)據(jù)。要獲得一張優(yōu)質(zhì)的射電源圖像需要觀測3-4次．每次12小時。

天線獲得的天體信息由光纖送到主控制室的接收系統(tǒng)，由特殊的計算機構(gòu)成的相關(guān)器來處理這些數(shù)據(jù)。每個天線配備4根光纖，共24根光纖，總長160千米。光纖所傳輸?shù)奶祗w信息如暴風雨般，以每秒2.5百億比特的速度傳輸數(shù)據(jù)。光纖還兼有發(fā)出控制天線和接收機信息，以及進行實時觀測的功能。

22米直徑的單天線具有比較大的視場，有利于獲得或拼接大天區(qū)范圍的射電源分市圖。工作頻率在1.4~10GHz之間的4個頻段上。天線表面的中間部分加工精度最高，可以工作到115GHz上，也就是短毫米波段，可以獲得世界上最好的射電源短毫米波上的圖像。

這六而天線還可以與其他兩面天線組合成一個射電望遠鏡系統(tǒng)，一面天線在幾千米以外的Coomabarabran附近，一面則在幾百千米以外的Parkes。整個系統(tǒng)可以獲得近似于一面320千米直徑的大天線的分辨率。6

基本參數(shù)文獻7給出了ATCA的部分參數(shù)如下：

天線：6×22米，地平式裝置，f/0.32

最大基線長度：6公里

基線數(shù)目：15

波段范圍：90cm，50cm

20/13cm（L/S） 1.25-1.78；2.2-2.5GHz

6/3cm（C/X） 4.4-6.1；8.0-9.2GHz

12/7mm（K/Q） 20-25.5；42-50GHz

3.5/2.6mm（W/F） 84-98.5；105-116GHz

每一天線的中頻通道數(shù)：4

每一基線提供的信息種類數(shù)：8

每種信息的頻道數(shù)——1bit，2-6MHz時：16

2bit，（128/n）MHz時：16n

2bit，1或0.5MHz時：1024

10GHz時的特性——

主波束直徑：6arcsec

綜合波束直徑：0.8arcsec

系統(tǒng)溫度：50K

均方根噪聲（4×12小時，2x256MHz）:15μJy