光亮图片/视觉我国
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在地球上，有一双观天“巨眼”——我国甚长基线干与丈量（VLBI）网（CVN）。这是一个巨大的归纳孔径射电望远镜，“增强版”完成后，最长基线将逾越月球直径3470公里，抵达3800公里。它能分红两个子网，相当于两台VLBI射电望远镜，可一起观测两个不同方向的独立天区。因而，这双“巨眼”能一起观测世界中的两个射电源或深空勘探器。一方面，它能用于对月球与行星勘探器的高精度丈量与轨迹确认，就像专业的导游，为探究世界的月球与行星勘探器指引正确的方向。另一方面，它还能够用于射电地理研讨，好像专心的调查者，寻觅世界中躲藏的隐秘。
1.VLBI为什么这么牛？
将散布在不同当地的射电望远镜“连”起来，构成一台分辩率超高的归纳孔径射电望远镜。
2019年4月，“事情视界望远镜”项目发布了人类拍照的首张黑洞相片：M87星系中心的超大质量黑洞。2022年5月，地理学家再接再厉，发布了银河系中心的黑洞图画。这些图画的获得，都有个科研利器的协助——VLBI射电望远镜。
VLBI（Very Long Baseline Interferometry），即甚长基线干与丈量技能，是选用氢原子钟,供给准确的时刻基准，通过杂乱的数据处理，将散布在不同当地的望远镜接收到的信号归纳起来，构成一台分辩率超高的归纳孔径射电望远镜。
角分辩率是望远镜的一个重要技能指标，分辩率越高，望远镜看得越清楚。关于惯例望远镜，角分辩率与观测波长成反比，与口径成正比。关于VLBI望远镜，在波长必定的情况下，角分辩率与基线长度（能够理解为望远镜之间的间隔）成正比，即基线越长，VLBI望远镜的分辩率越高。地基VLBI阵列的望远镜散布在全球，其基线能够长达上万公里。因而，尽管射电波段波长比可见光长得多，可是因为VLBI的基线很长，其角分辩率依然能够很高。实际上，VLBI是角分辩率最高的地理观测技能。
20世纪60年代中后期，射电地理学家意识到，几百米至几千米基线长度的连线射电干与仪无法分辩毫角秒量级以及愈加精密的射电源结构。为了进一步前进射电地理观测的身手，射电地理学家运用其时高安稳原子频标技能和高速磁记载技能，在传统的连线干与仪基础上，展开了“独立本振”和“磁介质记载”为特色的VLBI技能。1967年，美国Broten等人初次成功获取了VLBI干与条纹，自此创始了射电地理学的新范畴。现在VLBI遍及选用磁盘记载或高速网络直接传输宽带观测数据。
20世纪80年代以来，欧洲的VLBI网（EVN）、美国的VLBI阵（VLBA）、世界天体丈量/测地VLBI网（IVS）、俄罗斯QUASAR网、日本VERA网、澳大利亚、新西兰和韩国等VLBI网相继投入运用。2007年，我国在探月工程的支撑下树立了我国VLBI网（CVN）。日本和俄罗斯还施行了空间VLBI项目。现在VLBI的展开方向有：毫米波VLBI、实时VLBI、超宽带VLBI以及空间VLBI等。
得益于其极高的角分辩率，VLBI技能常常用来给世界中的射电源拍照高分辩率的射电波段相片，地理学家称之为“成图”。最初说到的黑洞相片，拍照时就运用了包含南极洲望远镜（SPT）在内的散布在全球的8台毫米波VLBI射电望远镜，其基线长度抵达1.2万公里，挨近地球直径，是人类在地球上能获得的最长基线。如此长的基线供给了20微角秒的分辩才能，让地理学家成功捕捉到黑洞的身影：一个亮堂的环，黑洞就在中心的黑私自。这个环是如此之小，直径只要42微角秒，相当于从地球上调查月亮上一个橘子巨细的物体。需求阐明的是，黑洞自身是不发光的，相片中咱们看到的发光的圆环是吸积盘——物质在被黑洞吞噬之前绕着黑洞高速旋转，构成吸积盘。盘中物质被电离，在加快过程中宣布射电辐射，被VLBI望远镜捕捉到。
VLBI另一个重要运用是天体丈量。地球自转一周的时刻是23小时56分4秒。可是，许多要素会导致地球自转时刻发生改变。比方，月球和太阳对海洋的潮汐力效果会使地球转速缓慢下降，风会引起季节性的自转速度改变等等。关于日常日子，这几毫秒的改变简直毫无影响，可是关于卫星导航、通讯体系、科学研讨等范畴，准确的时刻就十分重要了。VLBI能够通过调查一系列射电源，把地球每天自转速度的细小改变准确丈量出来。
因为板块运动，咱们脚下的陆地在地球上的方位并不是永恒不变的。仅仅这种移动速度十分慢，每年只要几厘米，底子感觉不到。VLBI通过监测参与观测的射电望远镜自身的站坐标方位改变，能够把板块的运动准确测出来。
地理学研讨有必要知道方针天体的准确方位，这就要树立一套坐标系。现在运用的坐标系叫做第三代世界天球参阅架（ICRF3），精度抵达0.1毫角秒，由300多个悠远的河外射电源一起界说。而这些射电源的高精度方位正是通过全球VLBI望远镜的长时间观测确认的。
2.我国VLBI网有什么用？
在探月工程每次使命和初次火星勘探使命中，发挥了不行代替的重要效果。
除了观测世界中的天然天体，VLBI技能还可用于给各种月球和深空勘探器等人工天体测定轨、定位。通过干与的办法，VLBI能准确丈量方针射电源抵达不同望远镜的时延τ。τ乘以光速即为方针到望远镜或观测站的间隔差。而射电望远镜的坐标已知，通过核算能够获取勘探器在天空中的方位，归纳无线电测距技能，即可获得勘探器在世界中的轨迹或三维方位。VLBI技能在世界上也是深空勘探使命不行或缺的重要技能手段，在勘探器的要害飞翔段的测定轨作业中发挥着要害效果。
我国VLBI网的展开与我国月球与深空勘探工程严密相连，发挥了要害效果。
VLBI技能是在叶叔华院士的倡议下引进我国的。1987年上海佘山25米射电望远镜建成，成为我国第一个正式的VLBI站。1994年乌鲁木齐VLBI站建成，至此我国VLBI网有了第一条基线。
2004年1月，我国正式启动了探月工程。嫦娥一号立项时，我国针对地球轨迹卫星的测控首要根据无线电测距测速技能，可完成的最远测控间隔约为8万公里。而嫦娥一号卫星进入绕月轨迹后，最远间隔达40万公里。
为处理我国其时存在的月球间隔测控瓶颈，探月工程决定将VLBI技能结合已有的测距测速，一起完成对月球间隔勘探器的高精度测定轨。在探月工程的支撑下，2006年地上运用体系建成了北京50米和昆明40米口径望远镜。我国科学院上海地理台牵头，安排我国科学院的几个地理台的优势力气，树立了由“四站一中心”组成的我国VLBI网，构建了测控体系VLBI测轨分体系，最长基线抵达3200公里。其时的“四站一中心”包含上海佘山站、新疆南山站、云南昆明站和北京密云站以及坐落上海地理台的VLBI数据处理中心。2012年，上海天马65米射电望远镜完工并成为CVN的新成员，一起在上海松江区建造了新的月球与深空勘探VLBI中心。
这是我国深空勘勘探控体系的重要组成部分，现在现已圆满完成了探月工程“绕、落、回”三个阶段和我国初次火星勘探使命的VLBI测定轨使命。
VLBI特有的短弧高精度测角才能在嫦娥一号使命中发挥了不行或缺的重要效果，与测距测速技能一起完成了对勘探器在地月搬运段、月球捕获段的快速定轨和绕月段的高精度定轨等，为确保我国初次绕月勘探做出了突出贡献。自嫦娥一号今后，我国月球与行星勘探工程每次深空勘探使命均选用了“测距测速+VLBI测角”的新式测定轨体系，影响深远。
我国VLBI网根据自主技能，初次在世界上将实时VLBI技能用于月球与深空勘探器的高精度测定轨、定位，初次树立了实时动态双方针同波束VLBI测定轨体系，具有S/X双频观测才能。除嫦娥一号外，VLBI还支撑了我国嫦娥二号环月飞翔、飞越日地L2点与图塔提斯小行星勘探、嫦娥三号我国初次在月面软着陆、嫦娥四号世界初次完成月球反面着陆，嫦娥五号月面起飞、人类初次月球轨迹无人交会对接长途扶引及采样回来，以及天问一号我国初次火星绕落巡勘探。
其间，嫦娥三号落月后，我国VLBI网将VLBI同波束相位参阅成图技能和相位时延丈量技能，初次运用于嫦娥三号月面巡视器和着陆器的相对方位丈量，极大地消除了丈量误差，两器相对定位精度抵达1米。
通过十余年的展开，我国VLBI技能才能不断增强，整体才能已抵达世界先进水平，构成了明显的我国特色。与此一起，佘山、乌鲁木齐、天马、昆明站还参与了EVN、IVS等世界VLBI观测网，承当了重要的面向地理研讨的VLBI或单天线观测作业。
3.“增强版”我国VLBI网“强”在哪儿？
双子网可别离追寻两个方针，未来还将向空间展开，构建六合一体化的大型射电地理观测设备。
我国深空勘探的不断展开和前进，对VLBI网也提出了更高要求。例如，观测方针从曩昔数年一个，展开到一年几个，乃至一次深空勘探使命中需求一起丈量在不同天区的两个方针。VLBI技能用于测定轨时，一般至少需求运用三个站一起组网观测。因而，现有的我国VLBI网“四站一中心”在同一时刻段内只能丈量一个方针，或许以同波束方法丈量两个接近的勘探器。更何况，当有不同深空勘探使命一起进行时，也存在对所属不同使命的两个勘探器一起丈量的需求。因而VLBI网迫切需求变强。
在探月工程、上海市、我国科学院以及西藏自治区和吉林省等多方大力支撑下，上海地理台现在正在西藏日喀则和吉林长白山一起建造两台40米口径的射电望远镜，估计2025年建成。两站建成后，我国VLBI网所属上海天马、上海佘山、吉林长白山、西藏日喀则、新疆南山和云南昆明站和上海VLBI中心的“六站一中心”将构成“3+3”两个VLBI子网，能够一起丈量不同天区的两个勘探器，归纳丈量才能提高一倍。
从地理观测的视点看，日喀则站和长白山站站址条件优秀，无线电搅扰小，特别合适望远镜展开在高频段的观测，将为提高我国射电地理科学研讨才能，推动在超大质量黑洞、细密天体快速时变及引力波电磁对应体、银河系动力学研讨、高精度六合一体化参阅架等一系列地理学前沿范畴的研讨中获得更多立异效果。作为未来要参与地理和深空勘探两方面作业的多用途通用射电望远镜，两站将装备7套高灵敏度致冷接收机，完成700MHz至50GHz频谱掩盖，并具有升级到更高观测频率的潜力。
在地理方位方面，日喀则和长白山站一个坐落于青藏高原，一个耸立在林海雪原，别离是我国地图的西南和东北。它们的参与，不只延伸了基线长度，并且改进了我国VLBI网的观测掩盖。我国VLBI网最长基线将延伸至3800公里，逾越了月球的直径，能够更好地服务我国未来深空勘探与地理观测需求。
除了地上体系，我国也正活跃推动空间VLBI体系。我国将在嫦娥七号鹊桥二号中继卫星上，展开世界首个地月空间VLBI实验，验证部分空间VLBI要害技能。它也将我国VLBI网的观测基线延伸至30万公里。在这个实验中，我国VLBI网的两个子网，一个将合作展开地月轨迹空间VLBI观测实验，别的一个将用于准确丈量中继卫星的轨迹，协助确认空间VLBI望远镜的站坐标。
与此一起，咱们还正在推动“空间低频射电地理台”项目，方案发射两台口径达30米的射电望远镜进入太空。该地理台不只能够作为独立的空间单天线运转，亦可构建独立的空间VLBI体系，或与地上的FAST、SKA等大型射电望远镜协同作业，一起构筑超高灵敏度和高分辩率的低频空—地VLBI网络，预期将在黑洞、系外行星等前沿科学范畴获得重要打破。这将初次完成空—空VLBI科学观测，在低频段逾越现有地上VLBI网络的分辩才能，添补高分辩率低频射电观测的空白范畴，致力于解开有关“一黑两暗三来源”的严重天体物理难题。
待日喀则和长白山两台新建的望远镜参与后，我国VLBI网能够在确保丈量精度的前提下，分红两个子网，一起别离追寻两个方针，就像地球上的一双亮堂的眼睛，凝视着深邃的世界。未来，国内FAST、新疆QTT等更多地基百米口径望远镜将参与VLBI观测，我国VLBI网也将向空间展开，构成一个六合一体化的大型射电地理观测设备。咱们等待，我国VLBI网未来能带来更多令人惊喜的发现，敞开人类对世界探究的新篇章。
（作者：郑为民、刘磊，别离系我国科学院上海地理台射电地理科学与技能研讨室主任、正高级工程师，高级工程师）
