十三五國家重大科技根基設備空間環田地基綜合監測網（子午工程二期）的重大設施之一行星際閃爍監測遠視鏡（IPS遠視鏡）日前正式建成，至此，子午工程二期項目已具備歡迎工藝驗收的前提。
什麼是行星際閃爍？簡而言之，便是行星際物質造成的射電波閃爍。它和我們平時熟知的星星眨眼既相似又差異。那麼，我國首臺、國際上最進步的專門用于行星際閃爍監測的遠視鏡到底有多主要？它對世界空間氣象研究將帶來哪些助力呢？我們請科普作者曲炯來聊一聊。
（1）行星際閃爍不是宇宙閃爍
人們抬頭望向夜空，會看到星星的光芒閃爍不定。實際上，不是星星本身在閃，而是星光越過地球大氣層的時候，被湍急水動且密度不勻的大氣攙和了。相信大家在日常生活中都留神過更小標準的大氣擾動，比如，晴天站在太陽底下，會看到自己影子的頭頂上方熱浪翻滾，煞是熱烈。此時，假如在那里有一只螞蟻科學家，它還會觀察到陽光明暗閃爍，這種閃爍和人們所看到的星光閃爍本性上是一樣的。
行星際閃爍也是迢遙星光被湍急水體擾動之后的結局，只不過這里的流體不是地球大氣，換成了行星際空間里的太陽風，星光也不是平凡的可見光，而是在射電波段。
太陽風是從太陽上層大氣噴射而出的超高速帶電粒子流。在太陽日冕層的高溫下，氫、氦等原子被電離成帶正電的質子、氦原子核與帶負電的自由電子。它們運動速度極快，連續不斷擺脫太陽的引力束縛，飛向周邊的空間，形成太陽風。由于太陽在不停地自轉，所以太陽風也會迴旋著向外推進，就像草坪上的迴旋灑水噴頭一樣。
太陽風的流速不是恒定的，一般在每秒200-800公里，此中的物質密度也不均勻。從地球觀察迢遙星體時，星體發出的射電波會被太陽風散射、折射，造成信號閃爍，該現象就被稱為行星際閃爍。再換個思路來考慮這個疑問，假如迢遙星體是不亂已知的，那麼通過觀察行星際閃爍，就可以獲知太陽風的場合。也便是說，原先是攙和源的太陽風成了科學家要研究的對象。
這里需要澄清一個概念，有的人說行星際閃爍有三體即視感，這可不是一回事。此前電視劇《三體》熱播時，很多觀眾被整個宇宙將為你閃爍的情節驚艷到，但那個閃爍和行星際閃爍無關。《三體》里的閃爍是指蓋住整個天空的宇宙微波底細（宇宙誕生時大爆炸的余暉）的閃爍，而現在所知，這種描述僅存在于科幻故事中。
行星際閃爍理論是由英國天文學家安東尼休伊什提出的。上世紀50年月，他在金牛座觀察到一個光亮射電天體的不條例閃爍，并猜測是由太陽風所引起。1964年他和助手們通過採用射電干涉儀，觀察到了更多射電源的閃爍現象，這些觀察數據支援了他之前的推斷。為了研究行星際閃爍，休伊什于1967年建了一座占地16000平方米的射電遠視鏡陣列，取名為行星際閃爍陣列，不過令人意外的是，這座陣列最早也是最著名的功績，卻是首次發明脈沖星。
（2）有利于透明了解空間氣象
子午工程二期副總工程師、中國科學院國家空間科學中央研究員顏毅華此前介紹，通過監測行星際閃爍，可以重建太陽風的三維結構，了解它從太陽到地球的擴散過程，有助于揭示太陽活動與地球空間響應的因果關聯。
研究太陽風不單具有科學意義，跟著人類科技發展的步伐越邁越遠，地球和太空的界限開始含糊，以太陽活動為典型的空間氣象的主要性愈發凸顯。
最近一兩年，跟著太陽活動周期的高峰到來，極光頻頻在低緯度地域現身。固然極光是美女，但其背后是野獸，是猛烈的太陽風沖擊地球磁場的結局。太陽風攜帶大批高能帶電粒子，在太陽活動高峰期，這些高能帶電粒子會轟擊地球大氣，毀壞電離層，攙和地面短波通訊、衛星通訊、導航系統，甚至會使輸電設施產生故障。高能帶電粒子攜帶的能量還能加熱地球高空大氣，使之膨脹抬升，導致運行軌道較低的衛星失速隕落。2024年2月，美國SpaceX公司的49顆星鏈衛星剛剛上天，就被膨脹的大氣拽下來38顆。
固然人類生活在地球磁場和大氣圈的底層，被地磁場和大氣保衛得很好，但到太空出差的航天員們就不能對太陽風掉以輕心了。尤其是未來要對月球或更遠的深空進行載人探測的話，更需要對空間氣象有透明了解。
所以，除了具有科研價值之外，觀察空間氣象還是一種防災減災的措施，對國計民生有重大意義。比如，在太陽風暴來襲之前，可以指示衛星提拔軌道、航天員避免出艙活動、對地面輸電線路進行優化調換、國際航班繞飛通訊攙和較強的極地，等等。
那麼，為什麼要通過觀察行星際閃爍來觀察太陽風呢？還有沒有其他手段？現在，觀察日冕層和太陽風重要可歸為實地觀察與間接觀察兩個流派。實地觀察通常是把觀察設施發射到太空中，觀察日冕或者采集太陽風粒子；間接觀察則通過了解行星際閃爍來反推太陽風的結構。
實地觀察的一個代表案例是歐洲航天局與美國航空航天局共同運行的太陽和日球層探測器（簡稱SOHO）。它于1996年開始服役，長期運行在太陽和地球之間的拉格朗日L1點，間隔地球150萬公里（日地間隔的1%），與地球同步圍繞太陽公轉，永不被地球遮擋。SOHO上的LASCO日冕儀可對離太陽2024萬公里（日地間隔的14%）以內的日冕進行觀察，COSTEP-ERNE解析儀則逮捕并解析太陽風粒子的物質構成。
由此可知，實地觀察極度依賴信號強烈的實體，所以這種觀察想法側重于觀測太陽風的源頭和品嘗它達到地球時的味道，但對于中間運行的這一大段信息則未能涉及。而通過行星際閃爍來間接觀察，其對象是不空的虛空本身，能夠填補實地觀察想法留下的空缺。
另有從成本上來考慮，由于對行星際閃爍的觀察是在電磁波的射電頻段（幾百兆赫，波長米級）進行，這個頻段能夠輕松繞過雨雪塵霰等障礙物，所以在地面上就可以開展且不受氣象陰礙，成本可控、維護方便。
實地觀察法和間接觀察法是取長補短、相輔相成的關系。我國除了建設行星際閃爍監測遠視鏡之外，也在積極研發用于實地觀察的日冕儀。2024年10月，光譜成像日冕儀在麗江玉龍站通過了工藝測試并勝利獲得日冕觀察圖像，為未來運行在太空中的日冕儀研制工作奠定了根基。
（3）為何監測遠視鏡要建3個站點
行星際閃爍是在電磁波的射電波段觀察的，所觀察的星光通常來自迢遙、光亮而不亂的類星體。人們平時看到的光，以及看不到的紅外線、紫外線、X射線、微波、手機信號等都是電磁波，區別只在于波長頻率差異。可見光的波段是380-800納米，而觀察行星際閃爍的射電波段波長則在米級。
固然行星際閃爍監測遠視鏡叫作遠視鏡，但表面看起來更像一口天線大鍋，和大家認識的光學遠視鏡的狀貌完全差異。不過，它的工作原理和光學遠視鏡是一回事：通過反射面把電磁波匯聚到一個焦點上，在那里收到聚焦后的成像。遠視鏡成像的區分率由口徑和觀察波長決意，在同樣的區分率下，口徑和波長成正比。射電波段的波長比可見光長得多，所以射電遠視鏡一個個都是大鍋的狀貌。
行星際閃爍觀察最常用的頻率是327兆赫，對應波長917厘米，這是氘原子的輻射波長，在射電天文學中十分主要。這次我國建成的行星際閃爍監測遠視鏡還有654兆赫與1420兆赫兩個頻段，完全可以知足高靈敏度的觀察與算計需求。原先射電波不受日夜或氣象陰礙，可以全天候觀察，不過，由于觀察主體是太陽風，所以遠視鏡會合在白天運行。單次觀察不足以從射電源的含糊閃爍上判定太陽風的結構，而跟著時間推移，太陽連續不斷自轉，太陽風向外運動，就能像CT成像切片一樣，構建太陽風的三維立體模子。
我國的行星際閃爍監測遠視鏡并非單臺設施，而是包含有了一主兩輔3個站點。此中，主站位于內蒙古的明安圖，由三排南北長140米、東西寬40米的拋物柱面天線組成，兩個輔站則差別設在伊和高勒與烏日根塔拉，各自擁有一座直徑16米的拋物面天線。3個站點根本組成一個等邊三角形，邊長200公里左右。
為什麼要建3個站點呢？這就譬如水面上起了波紋，在池底的幾個觀察點會陸續看到蕩漾的光影，時間先后與波紋的運行方位和速度有關。同理，從多個位置觀察同一個迢遙星體的射電信號波動，會提供這個站點觀察到了閃爍過了一段時間另一個站點觀察到了相同模式的閃爍這樣的信息，創建這種時間相關性之后，就可以反過來推導出太陽風運行速度信息。
此外，通過觀察閃爍幅度，還能算計出太陽風物質的密度。通過長時間對閃爍幅度進行丈量，科學界已經繪制出閃爍程度和太陽距角（射電源與太陽的視覺間隔）的一套尺度關系，也便是標稱曲線。把實際觀察的數據和標稱曲線對比，即可得到太陽風物質的密度。
（4）助力打造地基空間監測系統
自行星際閃爍現象被發明以來，世界上很多國家都開展了這方面的觀察研究。比如，休伊什在英國建造的那座遠視鏡陣列是行星際閃爍觀察的鼻祖，里程碑意義和發明脈沖星的傳奇故事自不用說。日本名古屋大學在豐川、富士、木曾、菅平建設的多站觀察設施，在觀察紀實的持續可信方面頗有盛名。
中國在行星際閃爍觀察方面起步較晚，始于1999年。那時沒有專用于這類觀察的設施，用的是北京天文臺（現為國家天文臺）密云觀察站的綜合孔徑射電遠視鏡陣（28面9米口徑的天線）。2024年起，密云觀察站的50米射電遠視鏡蒙受了子午工程中行星際閃爍部門的預研觀察任務。2024年5月，國家天文臺在烏魯木齊觀察站的25米射電遠視鏡上進行了一系列行星際閃爍試觀察。2024年，國家天文臺利用建在貴州的中國天眼首次開展行星際閃爍觀察，并贏得了初步成績。
比起預研觀察的那些設施，這次建成的行星際閃爍監測遠視鏡專用于該領域研究，所以目標性更強，從一主兩輔的三站布局可見一斑。主站基于東西機器掃描與南北電掃描的融合設計，采用相控陣饋源數字多波束收到專業，可以實現寬視場和大天區的持續蓋住，天線口徑、噪聲抑制和探測靈敏度均處于國際領先程度。
前文已經提到，行星際閃爍監測遠視鏡是我國重大科技根基設備子午工程二期的重大設施之一。子午工程又是什麼呢？它旨在創建一個綜合的地基（建設在地面上，與太空中的空基相對應）空間環境監測系統，用于研究太陽活動引起的空間氣象擾動散播和演化過程、差異圈層之間的耦合機制，以及中國空間環境與環球空間環境的關系。
子午工程一期在中國境內（包含有南極中山站）的東經120和北緯30兩條鏈上布置了15個地面監測臺站，採用光學、無線電、地磁設施進行空間環境監測。子午工程二期自2024年開始建設，策劃增設16個臺站，以井字形共建31個臺站，觀察范圍蓋住中國領土和兩極地域的空間環境。科學設施除了行星際閃爍監測遠視鏡之外運彩賠率世足，還有圓環陣太陽射電遠視鏡、射電日像儀和MST雷達等。
總之，行星際閃爍監測遠視鏡實現了芯片級到系統級研制的全面國產化，它的順利建成，標志著子午工程二期項目已具備歡迎工藝驗收的前提。未來，陪伴著遠視鏡高效開展行星際空間氣象日常監測，為我國和國際空間氣象預告提供高質量的觀察數據，子午工程打造的綜合地基空間環境監測系統必將大有可為。
十三五國家重大科技根基設備空間環田地基綜合監測網（子午工程二期）的重大設施之一行星際閃爍監測遠視鏡（IPS遠視鏡）日前正式建成，至此，子午工程二期項目已具備歡迎工藝驗收的前提。
什麼是行星際閃爍？簡而言之，便是行星際物質造成的射電波閃爍。它和我們平時熟知的星星眨眼既相似又差異。那麼，我國首臺、國際上最進步的專門用于行星際閃爍監測的遠視鏡到底有多主要？它對世界空間氣象研究將帶來哪些助力呢？我們請科普作者曲炯來聊一聊。
（1）行星際閃爍不是宇宙閃爍
人們抬頭望向夜空，會看到星星的光芒閃爍不定。實際上，不是星星本身在閃，而是星光越過地球大氣層的時候，被湍急水動且密度不勻的大氣攙和了。相信大家在日常生活中都留神過更小標準的大氣擾動，比如，晴天站在太陽底下，會看到自己影子的頭頂上方熱浪翻滾，煞是熱烈。此時，假如在那里有一只螞蟻科學家，它還會觀察到陽光明暗閃爍，這種閃爍和人們所看到的星光閃爍本性上是一樣的。
行星際閃爍也是迢遙星光被湍急水體擾動之后的結局，只不過這里的流體不是地球大氣，換成了行星際空間里的太陽風，星光也不是平凡的可見光，而是在射電波段。
太陽風是從太陽上層大氣噴射而出的超高速帶電粒子流。在太陽日冕層的高溫下，氫、氦等原子被電離成帶正電的質子、氦原子核與帶負電的自由電子。它們運動速度極快，連續不斷擺脫太陽的引力束縛，飛向周邊的空間，形成太陽風。由于太陽在不停地自轉，所以太陽風也會迴旋著向外推進，就像草坪上的迴旋灑水噴頭一樣。
太陽風的流速不是恒定的，一般在每秒200-800公里，此中的物質密度也不均勻。從地球觀察迢遙星體時，星體發出的射電波會被太陽風散射、折射，造成信號閃爍，該現象就被稱為行星際閃爍。再換個思路來考慮這個疑問，假如迢遙星體是不亂已知的，那麼通過觀察行星際閃爍，就可以獲知太陽風的場合。也便是說，原先是攙和源的太陽風成了科學家要研究的對象。
這里需要澄清一個概念，有的人說行星際閃爍有三體即視感，這可不是一回事。此前電視劇《三體》熱播時，很多觀眾被整個宇宙將為你閃爍的情節驚艷到，但那個閃爍和行星際閃爍無關。《三體》里的閃爍是指蓋住整個天空的宇宙微波底細（宇宙誕生時大爆炸的余暉）的閃爍，而現在所知，這種描述僅存在于科幻故事中。
行星際閃爍理論是由英國天文學家安東尼休伊什提出的。上世紀50年月，他在金牛座觀察到一個光亮射電天體的不條例閃爍，并猜測是由太陽風所引起。1964年他和助手們通過採用射電干涉儀，觀察到了更多射電源的閃爍現象，這些觀察數據支援了他之前的推斷。為了研究行星際閃爍，休伊什于1967年建了一座占地16000平方米的射電遠視鏡陣列，取名為行星際閃爍陣列，不過令人意外的是，這座陣列最早也是最著名的功績，卻是首次發明脈沖星。
（2）有利于透明了解空間氣象
子午工程二期副總工程師、中國科學院國家空間科學中央研究員顏毅華此前介紹，通過監測行星際閃爍，可以重建太陽風的三維結構，了解它從太陽到地球的擴散過程，有助于揭示太陽活動與地球空間響應的因果關聯。
研究太陽風不單具有科學意義，跟著人類科技發展的步伐越邁越遠，地球和太空的界限開始含糊，以太陽活動為典型的空間氣象的主要性愈發凸顯。
最近一兩年，跟著太陽活動周期的高峰到來，極光頻頻在低緯度地域現身。固然極光是美女，但其背后是野獸，是猛烈的太陽風沖擊地球磁場的結局。太陽風攜帶大批高能帶電粒子，在太陽活動高峰期，這些高能帶電粒子會轟擊地球大氣，毀壞電離層，攙和地面短波通訊、衛星通訊、導航系統，甚至會使輸電設施產生故障。高能帶電粒子攜帶的能量還能加熱地球高空大氣，使之膨脹抬升，導致運行軌道較低的衛星失速隕落。2024年2月，美國SpaceX公司的49顆星鏈衛星剛剛上天，就被膨脹的大氣拽下來38顆。
固然人類生活在地球磁場和大氣圈的底層，被地磁場和大氣保衛得很好，但到太空出差的航天員們就不能對太陽風掉以輕心了。尤其是未來要對月球或更遠的深空進行載人探測的話，更需要對空間氣象有透明了解。
所以，除了具有科研價值之外，觀察空間氣象還是一種防災減災的措施，對國計民生有重大意義。比如，在太陽風暴來襲之前，可以指示衛星提拔軌道、航天員避免出艙活動、對地台灣運彩app介紹面輸電線路進行優化調換、國際航班繞飛通訊攙和較強的極地，等等。
那麼，為什麼要通過觀察行星際閃爍來觀察太陽風呢？還有沒有其他手段？現在，觀察日冕層和太陽風重要可歸為實地觀察與間接觀察兩個流派。實地觀察通常是把觀察設施發射到太空中，觀察日冕或者采集太陽風粒子；間接觀察則通過了解行星際閃爍來反推太陽風的結構。
實地觀察的一個代表案例是歐洲航天局與美國航空航天局共同運行的太陽和日球層探測器（簡稱SOHO）。它于1996年開始服役，長期運行在太陽和地球之間的拉格朗日L1點，間隔地球150萬公里（日地間隔的1%），與地球同步圍繞太陽公轉，永不被地球遮擋。SOHO上的LASCO日冕儀可對離太陽2024萬公里（日地間隔的14%）以內的日冕進行觀察，COSTEP-ERNE解析儀則逮捕并解析太陽風粒子的物質構成。
由此可知，實地觀察極度依賴信號強烈的實體，所以這種觀察想法側重于觀測太陽風的源頭和品嘗它達到地球時的味道，但對于中間運行的這一大段信息則未能涉及。而通過行星際閃爍來間接觀察，其對象是不空的虛空本身，能夠填補實地觀察想法留下的空缺。
另有從成本上來考慮，由于對行星際閃爍的觀察是在電磁波的射電頻段（幾百兆赫，波長米級）進行，這個頻段能夠輕松繞過雨雪塵霰等障礙物，所以在地面上就可以開展且不受氣象陰礙，成本可控、維護方便。
實地觀察法和間接觀察法是取長補短、相輔相成的關系。我國除了建設行星際閃爍監測遠視鏡之外，也在積極研發用于實地觀察的日冕儀。2024年10月，光譜成像日冕儀在麗江玉龍站通過了工藝測試并勝利獲得日冕觀察圖像，為未來運行在太空中的日冕儀研制工作奠定了根基。
（3）為何監測遠視鏡要建3個站點
行星際閃爍是在電磁波的射電波段觀察的，所觀察的星光通常來自迢遙、光亮而不亂的類星體。人們平時看到的光，以及看不到的紅外線、紫外線、X射線、微波、手機信號等都是電磁波，區別只在于波長頻率差異。可見光的波段是380-800納米，而觀察行星際閃爍的射電波段波長則在米級。
固然行星際閃爍監測遠視鏡叫作遠視鏡，但表面看起來更像一口天線大鍋，和大家認識的光學遠視鏡的狀貌完全差異。不過，它的工作原理和光學遠視鏡是一回事：通過反射面把電磁波匯聚到一個焦點上，在那里收到聚焦后的成像。遠視鏡成像的區分率由口徑和觀察波長決意，在同樣的區分率下，口徑和波長成正比。射電波段的波長比可見光長得多，所以射電遠視鏡一個個都是大鍋的狀貌。
行星際閃爍觀察最常用的頻率是327兆赫，對應波長917厘米，這是氘原子的輻射波長，在射電天文學中十分主要。這次我國建成的行星際閃爍監測遠視鏡還有654兆赫與1420兆赫兩個頻段，完全可以知足高靈敏度的觀察與算計需求。原先射電波不受日夜或氣象陰礙，可以全天候觀察，不過，由于觀察主體是太陽風，所以遠視鏡會合在白天運行。單次觀察不足以從射電源的含糊閃台灣運彩規則指南爍上判定太陽風的結構，而跟著時間推移，太陽連續不斷自轉，太陽風向外運動，就能像CT成像切片一樣，構建太陽風的三維立體模子。
我國的行星際閃爍監測遠視鏡并非單臺設施，而是包含有了一主兩輔3個站點。此中，主站位于內蒙古的明安圖，由三排南北長140米、東西寬40米的拋物柱面天線組成，兩個輔站則差別設在伊和高勒與烏日根塔拉，各自擁有一座直徑16米的拋物面天線。3個站點根本組成一個等邊三角形，邊長200公里左右。
為什麼要建3個站點呢？這就譬如水面上起了波紋，在池底的幾個觀察點會陸續看到蕩漾的光影，時間先后與波紋的運行方位和速度有關。同理，從多個位置觀察同一個迢遙星體的射電信號波動，會提供這個站點觀察到了閃爍過了一段時間另一個站點觀察到了相同模式的閃爍這樣的信息，創建這種時間相關性之后，就可以反過來推導出太陽風運行速度信息。
此外，通過觀察閃爍幅度，還能算計出太陽風物質的密度。通過長時間對閃爍幅度進行丈量，科學界已經繪制出閃爍程度和太陽中場投注距角（射電源與太陽的視覺間隔）的一套尺度關系，也便是標稱曲線。把實際觀察的數據和標稱曲線對比，即可得到太陽風物質的密度。
（4）助力打造地基空間監測系統
自行星際閃爍現象被發明以來，世界上很多國家都開展了這方面的觀察研究。比如，休伊什在英國建造的那座遠視鏡陣列是行星際閃爍觀察的鼻祖，里程碑意義和發明脈沖星的傳奇故事自不用說。日本名古屋大學在豐川、富士、木曾、菅平建設的多站觀察設施，在觀察紀實的持續可信方面頗有盛名。
中國在行星際閃爍觀察方面起步較晚，始于1999年。那時沒有專用于這類觀察的設施，用的是北京天文臺（現為國家天文臺）密云觀察站的綜合孔徑射電遠視鏡陣（28面9米口徑的天線）。2024年起，密云觀察站的50米射電遠視鏡蒙受了子午工程中行星際閃爍部門的預研觀察任務。2024年5月，國家天文臺在烏魯木齊觀察站的25米射電遠視鏡上進行了一系列行星際閃爍試觀察。2024年，國家天文臺利用建在貴州的中國天眼首次開展行星際閃爍觀察，并贏得了初步成績。
比起預研觀察的那些設施，這次建成的行星際閃爍監測遠視鏡專用于該領域研究，所以目標性更強，從一主兩輔的三站布局可見一斑。主站基于東西機器掃描與南北電掃描的融合設計，采用相控陣饋源數字多波束收到專業，可以實現寬視場和大天區的持續蓋住，天線口徑、噪聲抑制和探測靈敏度均處于運彩場中投注時間國際領先程度。
前文已經提到，行星際閃爍監測遠視鏡是我國重大科技根基設備子午工程二期的重大設施之一。子午工程又是什麼呢？它旨在創建一個綜合的地基（建設在地面上，與太空中的空基相對應）空間環境監測系統，用于研究太陽活動引起的空間氣象擾動散播和演化過程、差異圈層之間的耦合機制，以及中國空間環境與環球空間環境的關系。
子午工程一期在中國境內（包含有南極中山站）的東經120和北緯30兩條鏈上布置了15個地面監測臺站，採用光學、無線電、地磁設施進行空間環境監測。子午工程二期自2024年開始建設，策劃增設16個臺站，以井字形共建31個臺站，觀察范圍蓋住中國領土和兩極地域的空間環境。科學設施除了行星際閃爍監測遠視鏡之外，還有圓環陣太陽射電遠視鏡、射電日像儀和MST雷達等。
總之，行星際閃爍監測遠視鏡實現了芯片級到系統級研制的全面國產化，它的順利建成，標志著子午工程二期項目已具備歡迎工藝驗收的前提。未來，陪伴著遠視鏡高效開展行星際空間氣象日常監測，為我國和國際空間氣象預告提供高質量的觀察數據，子午工程打造的綜合地基空間環境監測系統必將大有可為。
