21CMA項目

21CMA項目

所謂21CMA項目是“宇宙第一縷曙光”探測項目的別稱。現在,天文學家們已能觀察到距今130億年的星光,但再往前追溯卻遇到了障礙,除了宇宙大爆炸時留下的一些輻射信號外,我們觀察不到任何光信號,因此這一時間段被稱為宇宙的“黑暗時代”。由於宇宙中第一代天體形成於“黑暗時代”,因此探尋這一時段宇宙的奧秘是所有天文學家夢寐以求的事。“宇宙第一縷曙光”探測項目則為中國天文學家揭開謎底提供一個機會。

21CMA項目介紹,21CMA項目的工程建設,

21CMA項目介紹

在2006年探測項目建成後,中國天文學家就可利用布設在新疆烏拉斯台山谷中的一萬根天線,收集到“黑暗時代”氫元素的特殊輻射信號,看到宇宙中第一批恆星發出的光芒,也就是宇宙的“第一縷曙光”。
21CMA陣列21CMA陣列
人們今天所能觀測到的最遠宇宙“邊界”是大爆炸遺留下的餘暉。在這些餘暉冷卻下來後,宇宙中主要的物質成份是暗物質、中性的氫和氦。雖然此時沒有恆星的形成,但處於基態的中性氫由於自身電子和核自旋取向的不同形成了一個微小的能級差別:百萬分之六電子伏特,對應光子頻率1420兆赫茲或波長21厘米。所以,人們曾天真地期望黑暗時代的宇宙在21厘米是可觀測的。然而,微弱的中性氫21厘米輻射很不幸地淹沒在了宇宙大爆炸的餘暉中,除非存在一種機制破壞中性氫21厘米輻射和宇宙大爆炸背景輻射之間的平衡 ─ 這種機制就是來自宇宙中第一代發光天體的誕生!
當宇宙中誕生的第一批恆星發射的光芒照亮了宇宙,周圍的中性氫就會被電離,從而中性氫21厘米輻射與宇宙背景輻射的平衡被破壞了,我們就會真正觀測到來自宇宙黑暗時代中性氫的輻射,反過來則可間接探測到宇宙中誕生的第一批發光天體並描繪出宇宙從黑暗走向光明的整個過程和第一代恆星誕生的全部歷史。
由於宇宙的膨脹,發生在宇宙黑暗時代的21厘米輻射波長已經被拉伸到了米波波段,這正是電視台和調頻廣播的波段,所以,強大的人為干擾使得難以在地球上尋找到一片電波環境寧靜的淨土。同時,來自遙遠宇宙的中性氫輻射溫度僅相當於百分之幾度的光源,這給尋找宇宙第一縷曙光的工作帶來了相當大的挑戰。

21CMA項目的工程建設

2003年8月,我國第一次提出了21CMA的初步方案,國家天文台迅速組建項目隊伍,開始了西部選址工作,重點在電波環境相對乾淨的青海和新疆進行無線電環境和地形的測量,歷時一年整。先後在各地進行各種試驗達上百次,最終選定新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣阿拉溝鄉烏拉斯台地區為試驗場地。
2004年8月,在天山深處開始了21CMA的一期工程建設。在物質極其匱乏的生活條件下,我國完成了高壓線工程、光纜工程、實驗室工程,同時在東西2.74公里的基線上架設23組總計2921隻對數周期天線和兩組254隻試驗天線。2005年春天,完成了23組天線的電路接線並投入試驗。2005年7月開始了數據的試採集。
2005年6月初,國家天文台繼續推進了21CMA的二期建設。至2006年1月,二期工程完成了東西基線17組和南北基線(4.1公里)40組共7366隻天線的架設和調試。同時,建設了觀測基地的生活區,使得基地科研觀測人員可以從極其簡陋的生活條件下走出來。
2005年10月,在白春禮院長和和科學院基礎局張傑局長的親自關懷下,基礎局組織了專家組對21CMA項目進行了評審,並給予了經費支持,使得我們得以建設完成21CMA的數據接收和採集系統。
目前,21CMA是世界上最早開展搜尋宇宙第一縷曙光的唯一大型射電望遠鏡陣列。

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