中国当代天文学的历程和主要成就,3000字。

60年来天文学的巨大进步,使中国取得了一大批对人类探索宇宙奥秘起着重要推动作用的科学成果。

随着航天技术的不断发展,航天产业已经成为国家高技术发展的战略制高点之一。航天事业的发展为天文学提供了新的历史机遇,天文学也为服务国家重大战略需求做出了重要贡献。近年来,通信卫星导航系统的理念创新、工程的阶段性实施和应用领域的开拓,奠定了天文技术在国家重大导航工程中的地位;探月工程地面应用系统的建设和运行任务的圆满完成,实时VLBI技术在探月卫星定轨系统中的开发和成功应用,以及空间目标和碎片的观测和研究,以及系统建设等成果,体现了天文学在国家重大工程和应用领域不可替代的作用。

去年,在“神舟七号”飞行中,中国宇航员进行了首次舱外行走。当时宇航员穿着舱外航天服暴露在太空中,最怕被太空碎片击中,否则后果不堪设想。因此,监测和预测空间碎片已成为太空行走的必要条件。而太空环境容易“变脸”,太空“天气预报”更难把握。王毅说,“太空垃圾危害很大。比子弹威力更大,所以需要对太空垃圾进行监控。为此,国家天文台建立了小型空间碎片数据库,对所有空间碎片进行编目,为航天员选择出舱行走时机提供了安全保障。”

除了监测空间碎片,天文学服务于航空技术的领域还有很多。火箭、卫星、航天器的发射和回收条件及轨道,需要运用天体力学理论进行设计和计算。飞行中的位置需要用天文方法观测确定;姿态保持要根据天体位置进行修正和控制。此外,太阳表面的剧烈活动经常抛出大量带电粒子和强紫外线,严重干扰地球磁场和电离层,导致短波无线电通信中断。因此,必须仔细观察太阳,监测和预测太阳表面的各种活动,确定空间活动的适当时间。

中国科学院的VLBI网络还在中国另一项重要的空间探索活动----月球控制工程中发挥了重要作用。该网络是轨道测量系统的一个子系统,由位于北京、上海、昆明和乌鲁木齐的四台望远镜和位于上海天文台的数据处理中心组成。这样的网络形成的望远镜分辨率相当于一个直径超过3000公里的巨型综合望远镜,测角精度可以达到百分之几角秒甚至更高。

在嫦娥一号任务中,中科院VLBI轨道测量分系统从2007年6月27日,即24小时调相轨道段第一天起,正式对嫦娥一号卫星进行测量,完成了24小时和48小时调相轨道段、地月转移轨道段、月球捕获轨道段等大量测量任务。在此次测量任务中,VLBI分系统各站和数据处理中心设备工作正常,VLBI测量数据及时传输到北京航天飞行控制中心,满足了工程要求,为嫦娥一号卫星精确定轨做出了重要贡献。

“天文学虽然是基础科学,但也可以直接为现实需求服务。随着我国天文学的发展,将进一步促进我国经济社会发展,更好地为广大人民群众的生产生活服务。”王毅说。

努力赶上

出色表现

中国科学院院士、天体物理学家陈建生认为,天文学一直是一个国家国力和文明的象征。

中国的天文学曾经有过辉煌的过去。中国有世界上最古老、最丰富的日食、彗星等天文记录,有浑仪、简易仪等精美的古代天文仪器,有张衡、郭守敬等著名天文学家。中国古代天文学对世界天文学乃至整个人类文明的发展做出了巨大贡献。

新中国成立后,百废待兴,我国天文学界开始追赶世界先进水平。特别是改革开放30年,我国天文事业迎来了发展的黄金时代。1989年建成“2.16m”光学望远镜,填补了毫米波和VLBI天文学的空白。

进入21世纪,中国天文学取得了举世瞩目的成就。LAMOST的建成是我国望远镜制造史上的标志性事件。我国掌握了当代望远镜制造的先进技术,并进行了一些创新,建成了口径最大、光纤数量最多的大视场光谱巡天望远镜。发射了第一台用于空间天文探测的硬X射线调制望远镜(HXMT)。天文学研究的成果逐渐受到国际天文学界的重视。与此同时,我国天文队伍建设取得显著成绩,涌现出一批优秀中青年人才。

“天文学的发展不是简单地从事理论研究。它必须依靠先进的观测设备和观测站来研究天体的组成和变化。60年来,全国各地建立了一个又一个天文台,取得了丰硕的研究成果。这其实是中国天文学快速发展的最好证明。”中科院国家天文台研究员王毅说。

从其前身南京天文研究所1958成立至今,40多年来,* *研制了40多种门类齐全的天文仪器,用于我国天文观测,包括恒星物理观测仪器、太阳物理观测仪器、卫星观测仪器、天体测量观测仪器、射电天文观测仪器、空间天文观测仪器等。

目前,位于云南天文台凤凰山站的40米口径射电望远镜与北京密云的50米口径天线一起,组成了中国唯一的深空(月球)探测器数据接收地面站系统。同时,作为VLBI的工作单元之一,承担着我国探月(嫦娥)工程实施中的数据接收和轨道测量观测任务。

为什么中国的天文事业取得了举世瞩目的成就?王毅认为,这与国家多年来对天文学的重视和支持是分不开的。首先,中国对天文研究的投入在增加;其次,近年来我国出台了一系列人才政策,吸引了大量海外高层次人才,培养了一支优秀的天文人才队伍;第三,天文学发展的良好机制正在逐步形成。

瞄准世界领先水平,不懈努力

“中国的天文学有着悠久而辉煌的历史,但在现代天文学的发展上,与国际有很大差距。”王毅说,“但是,新中国成立以来,特别是改革开放30多年来,我国天文事业取得了长足进步,在一些领域已经达到或超过国际先进水平。”

中国天文学家在暗物质和宇宙大尺度结构领域的一系列工作,使中国现代天文研究的国际影响力达到了前所未有的高度。他们发现宇宙的电子光谱在高能带超过了理论预测,这可能是人类首次发现暗物质粒子湮灭的证据;通过数值模拟和观测统计揭示了星系和宇宙大尺度结构的形成和演化特征,描述了暗物质晕的物质分布和演化规律。利用引力透镜效应结合高能X射线等观测数据研究宇宙中暗物质的分布,揭示宇宙中最大的引力束缚体——星系团中的物质能级和结构。

为了赶上国际先进水平,中国天文学家充分利用后发优势,另辟蹊径。“并驾齐驱必然落后,一定要发挥自己的特色。比如怀柔太阳观测基地,虽然它的望远镜口径不是世界上最大的,但在技术上是独一无二的,是别人无法替代的,在世界上有很高的知名度。”王毅说。

怀柔太阳观测基地的太阳多通道望远镜可以同时测量太阳不同层次、不同尺度的视频矢量磁场和速度场,通过光谱扫描获得谱线轮廓和斯托克斯参数轮廓。它是目前世界上功能最强、综合功能最全的太阳望远镜系统之一,观测数据处于世界领先水平。

怀柔太阳观测基地凭借这一“利器”,在太阳光球层矢量磁场、太阳色球层磁场、太阳磁活动物理过程研究方面走在世界前列,部分研究处于世界领先水平。他们与美国大熊湖天文台一起,在世界上首次成功观测到太阳磁场的“日落”,这是太阳物理领域的开创性研究课题。

为了探测宇宙第一代天体发出的“第一道光”,我国在新疆天山深处部署了第一台光探测阵列望远镜。该设施自2006年夏季开始运行和观察,在类似项目的国际竞争中处于领先地位。

中国科学院国家天文台还与阿根廷圣胡安国立大学合作,在南美建立了卫星激光测距站,安装了中国研制的望远镜孔径为600毫米的高精度卫星激光测距系统。根据国际激光测距服务(ILRS)的数据,该站的观测数据在世界上排名前5位,这对国际激光测距系统非常重要。

在第24次中国南极科学考察中,中国天文学家成功地在圆顶A安装了包括CSTAR(中国小型光学望远镜阵列)在内的天文观测和现场测量仪器..这项工作的开展,为我国在暗物质、暗能量、系外行星探测等前沿科学领域的研究进入世界先进水平提供了难得的机遇。

展望未来,中国还将开放空间天文、南极天文,参与地面30米光学/红外望远镜的国际合作,为中国天文发展开辟更广阔的发展前景,使中国天文研究在国际先进水平中牢牢占据一席之地。

上图为云南天文台40米口径射电望远镜。它与北京密云50米直径天线合作,组成我国唯一的深空(月球)探测器数据接收地面站系统,承担我国系列探月工程实施中的数据接收和轨道观测任务。

下图是太空太阳望远镜(SST)的示意图。其主要目的是了解太阳活动的特征和本质,实现太阳物理研究的重大突破。