射電天文發(fā)展報告

射電天文學(xué)科進(jìn)展報告引言射電天文學(xué)為現(xiàn)代天文學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)。上世紀(jì)六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)，類星體、脈沖星、星際分子和宇宙微波背景輻射，都是用射電手段觀測到的。迄今有10項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎授予天文學(xué)研究領(lǐng)域，射電天文學(xué)成就了其中6項(xiàng)，充分顯示了這門新興學(xué)科的強(qiáng)大生命力。以英國JordrellBank-76米、澳大利亞Parkes-64米、美國Aricebo-305米、德國MPIfR-100米和美國GBT-100米為代表的一批大型射電望遠(yuǎn)鏡在國際上相繼建成，射電干涉技術(shù)極大的提高了射電天文觀測的分辨率和靈敏度，以美國甚大陣（VLA）、印度GMRT，英國MERLIN，美國的VLBA等綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡和歐洲的VLBI網(wǎng)（EVN）為代表的一批陣列構(gòu)成并提供了不同的觀測基線層次，以日本VSOP為代表射電干涉技術(shù)開始向空間發(fā)展。大型低頻射電望遠(yuǎn)鏡陣列LOFAR，21CMA，MWA等將為探測再電離時代高紅移宇宙做出貢獻(xiàn)。接收機(jī)方面，多波束技術(shù)和數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展，使射電天文的觀測效率和水平上了一個新的臺階。具有平方公里接收面積的SKA作為下一代米波和厘米波干涉陣，其核心科學(xué)目標(biāo)雄心勃勃，前景令人鼓舞。美國NRAO-12米，歐洲IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望遠(yuǎn)鏡的大量科學(xué)產(chǎn)出，德國APEX-12米我國的射電天文學(xué)發(fā)展迅速，研究力量主要集中在國家天文臺總部、紫金山天文臺、上海天文臺和烏魯木齊天文站等觀測基地，以及北京大學(xué)、南京大學(xué)和北京師范大學(xué)等高校。研究方向主要布局于星系及活動星系核、分子譜線、脈沖星、射電天文技術(shù)等領(lǐng)域，還開展諸如探月工程VLBI測軌等深空探測研究。目前已建成了密云綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡、青海德令哈13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡、上海佘山25米、烏魯木齊南山25米、密云50米和昆明40米射電望遠(yuǎn)鏡。國家天文臺總部建立了大射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，紫金山天文臺建設(shè)了毫米波亞毫米波技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，上海天文臺建立了VLBI實(shí)驗(yàn)室。為適應(yīng)我國射電天文學(xué)的發(fā)展，中國科學(xué)院在此基礎(chǔ)上還成立了射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。上海和烏魯木齊的兩臺25米射電望遠(yuǎn)鏡加入了EVN（歐洲VLBI網(wǎng)）和IVS（國際大地測量和天體測量VLBI網(wǎng)），成為國際一流設(shè)備的一部分。通過探月項(xiàng)目的實(shí)施，已初步建成國內(nèi)VLBI網(wǎng)。這些設(shè)備雖然處于國際上的中、小水平，通過開展有特色的科研課題，做出了國際水平的研究成果，還為國家深空探測事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。以趕超國際天文界對宇宙黑暗時期的第一縷曙光的探測為目標(biāo)，國家天文臺在新疆建設(shè)了的宇宙原初結(jié)構(gòu)探測的專用望遠(yuǎn)鏡21CMA。國內(nèi)各射電天文研究團(tuán)組在充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的射電天文設(shè)備的同時，還爭取世界上的先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀測時間，在宇宙學(xué)、星系形成和演化、銀河系結(jié)構(gòu)、分子云與恒星形成、脈沖星等多個領(lǐng)域做出了在國際上有較高的顯示度研究成果。為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，中國天文界正著手建造世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡—500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡FAST。FAST項(xiàng)目建設(shè)、科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展是中國射電天文界未來10年內(nèi)的最首要的任務(wù)。完善和高質(zhì)量運(yùn)行自主研制的射電望遠(yuǎn)鏡，拓展國內(nèi)已有望遠(yuǎn)鏡的觀測研究能力以及人才隊(duì)伍的建設(shè)，是我國射電天文繼續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。VLBI的建設(shè)是中國射電天文發(fā)展的重要方向。在探月VLBI網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)中國VLBI網(wǎng)，將在天體物理、天體測量以及深空探測中發(fā)揮作用。將來應(yīng)該利用國內(nèi)外設(shè)備深入開展宇宙學(xué)、恒星形成和演化、脈沖星和活動星系核等多學(xué)科方向的課題研究，同時國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室還要加強(qiáng)射電天文關(guān)鍵技術(shù)我國射電天文中長期發(fā)展規(guī)劃的制定，需要研究國際射電天文領(lǐng)域的中長期發(fā)展趨勢和目標(biāo)，從實(shí)際出發(fā)，還要結(jié)合國家的戰(zhàn)略需求。射電天文探索的前沿科學(xué)問題很廣泛，涉及早期宇宙、大尺度結(jié)構(gòu)、星系、恒星直至行星系統(tǒng)各個層次。一方面，中國應(yīng)當(dāng)有組織地、結(jié)合國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)基礎(chǔ)條件，積極參與國際射電天文項(xiàng)目（如毫米波綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡ALMA、SKA厘米波綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡SKA）的合作研發(fā)，使我國進(jìn)入前沿領(lǐng)域。另一方面，應(yīng)提出以我為主、有明確科學(xué)驅(qū)動的的大型設(shè)備項(xiàng)目。中國射電天文事業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要全體同仁的共同努力。

國內(nèi)外射電天文發(fā)展現(xiàn)狀射電天文的歷史以及國外射電天文近幾年的發(fā)展和趨勢1933年貝爾實(shí)驗(yàn)室的卡爾·央斯基第一次在22MHz發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了來自銀河系中心的射電輻射，標(biāo)志著射電天文研究的誕生，在傳統(tǒng)天文學(xué)的光學(xué)觀測窗口之外打開了全新的窺測宇宙的窗口。在第二次世界大戰(zhàn)以后，建造軍用雷達(dá)而得到空前發(fā)展的微波通訊技術(shù)轉(zhuǎn)移到射電天文學(xué)，推動了射電天文學(xué)的發(fā)展，陸續(xù)建成了一批大型米波和厘米波射電望遠(yuǎn)鏡，如英國JordrellBank-76米、澳大利亞Parkes-64米、美國Arecibo-305米和德國Effelsberg-100米望遠(yuǎn)鏡等。1962年Ryle在英國建造了世界上第一臺綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡，并因此獲得1974年諾貝爾物理獎。20世紀(jì)六十年代初在星際介質(zhì)中觀測到不同轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的分子譜線，分子天文學(xué)的奠基人Townes獲1964年諾貝爾物理學(xué)獎。Hewish和研究生Bell在1967年發(fā)現(xiàn)了1.337秒精確周期的連續(xù)射電脈沖信號并斷定它們來自理論預(yù)言的中子星，Hewish獲1974年諾貝爾物理學(xué)獎。Taylor和他的研究生Hulse在1974年發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖雙星，通過對它互繞周期衰減的長期檢測間接證明引力輻射的存在，獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎。1965年P(guān)enzias和Wilson探測到了3K微波背景輻射，為宇宙暴漲模型提供了觀測證據(jù)，獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎。1989年發(fā)射的COBE衛(wèi)星精確地測定宇宙微波背景并為這一暗弱背景上~1/100,000的各向異性成像，顯示了宇宙原初的物質(zhì)分布擾動。Mather和Smoot因此獲2006年諾貝爾物理學(xué)獎。迄今有10項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎授予天文學(xué)研究領(lǐng)域，射電天文學(xué)成就了其中6項(xiàng)，充分顯示了這門新興學(xué)科的強(qiáng)大生命力。射電天文學(xué)還發(fā)現(xiàn)了21厘米HI線、星際非熱輻射、射電星系、相對論性噴流、引力透鏡、黑洞證據(jù)、原星系70年代干涉技術(shù)也得到了長足發(fā)展，陸續(xù)建成了英國劍橋5km、荷蘭萊頓大學(xué)威斯特波克（Westerbork）綜合孔徑、美國NRAO的甚大陣（VLA）、澳大利亞ATCA陣、英國MERLIN陣等。80年代以來，歐洲的VLBI網(wǎng)（EVN）、美國的VLBA陣、日本的VERA和空間VLBI（VSOP）相繼投入使用，這些新一代射電望遠(yuǎn)鏡在分辨率、靈敏度和觀測波段上都大大超過了以往的望遠(yuǎn)鏡。毫米波射電天文學(xué)也在70年代得到了快速的發(fā)展，當(dāng)時已建成的毫米波望遠(yuǎn)鏡共有約30臺，其中為分子天文學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)且迄今還在運(yùn)行的有：美國的NRAO-12米、瑞典Onsala-20米、美國五大學(xué)FCRAO-13.7米以及IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望遠(yuǎn)鏡。從80年代后期開始又陸續(xù)建成了美國BIMA和OVRO、歐洲PdBI以及日本NMA等毫米波干涉陣。接收機(jī)技術(shù)從最初的常溫Schottky到80年代后期低溫超導(dǎo)SIS技術(shù)的迅速發(fā)展把射電天文推向了最后一塊處女地：亞毫米波，并陸續(xù)建成了CSO-10米、JCMT-15米、SEST-15米1990年以來天體物理前沿課題正沿著三個方向推進(jìn)新的望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃：（1）向更大望遠(yuǎn)鏡口徑發(fā)展，建造極高靈敏度的米波-厘米波望遠(yuǎn)鏡，觀測暗物質(zhì)和暗能量，檢測引力波等；（2）實(shí)施進(jìn)一步的空間計(jì)劃，擺脫部分大氣吸收的限制，同時提高甚長基線干涉的分辨率，研究天體的精細(xì)結(jié)構(gòu)；（3）建造巨型毫米/亞毫米波陣，加強(qiáng)紅外與射電之間的紐帶，研究恒星，星系演化，分子云內(nèi)部的物理機(jī)制。國際上70、80年代建成的望遠(yuǎn)鏡，如美國Arecibo和VLA、英國MERLIN、澳大利亞的ATCA等都投巨資進(jìn)行更新改造。新的大型射電望遠(yuǎn)鏡，如印度GMRT、美國GBT100米、荷蘭LOFAR等相繼開光。GMRT建成于1999年，是由30架直徑45米的拋物面天線組成的巨型米波段射電天文望遠(yuǎn)鏡，工作在50至1420MHz的六個頻段并支持雙偏振。最大空間分辨率為2角秒。其集光面積為目前VLA的3倍，在327MHz的靈敏度為VLA的8倍，在其工作頻段內(nèi)堪稱目前世界上最強(qiáng)大的射電天文望遠(yuǎn)鏡。它的主要科學(xué)目標(biāo)是探測宇宙早期星系形成之前的原星系團(tuán)或原星系中的高紅移（z～3－10）的中性氫線和搜尋并研究銀河系中快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星。以探測再電離時代高紅移宇宙為主要科學(xué)目標(biāo)，射電天文也返回到低頻波段。LOFAR，21CMA，MWA等都是基于這樣的概念發(fā)展的新一代大型低頻射電望遠(yuǎn)鏡陣列。工作波段在10-240MHz范圍。目前，LOFAR和21CMA都已經(jīng)開始收集數(shù)據(jù)。GBT100米望遠(yuǎn)鏡作為國際上最大的全可動單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，2000年正式運(yùn)行以來，已經(jīng)在脈沖星和星際化學(xué)等方面有一流科學(xué)產(chǎn)出，比如發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速最快的脈沖星（716Hz）、在銀心處發(fā)現(xiàn)巨大的射電瓣等日本在VSOP后，又提出VSOP-2計(jì)劃，并于2007年7月正式立項(xiàng)。VSOP-2天線具有較大的天線口徑（9米直徑），更高的工作頻率（8，22和43GHz），更寬的數(shù)據(jù)記錄（256MHz），并采用制冷的低噪聲接收機(jī)，從而將分辨率和靈敏度都提高了10倍，分別達(dá)到40微角秒和10-20毫央斯基，可同時進(jìn)行雙偏振觀測和相位參考觀測。與新一代的X射線和伽馬射線衛(wèi)星相結(jié)合，可以用于研究活動星系核的輻射機(jī)制；通過偏振觀測研究噴流中的磁場結(jié)構(gòu)；研究近鄰星系中的噴流的形成和準(zhǔn)直以及超大質(zhì)量黑洞周圍的環(huán)境；對河內(nèi)脈澤和河外巨脈澤源開展最高的空間分辨率觀測研究（因?yàn)檠娱L基線長度是提高譜線觀測角分辨率的唯一辦法）等。參見http://www.vsop.isas.jaxa.jp/vsop2/。另外，即將升空的SOFIA機(jī)載天文臺和Herschel空間天文臺上也都搭載了相應(yīng)的亞毫米波譜線與連續(xù)譜設(shè)備。正在智利北部Atacama高原建造的計(jì)劃于2012完成的ALMA是一個大型的國際合作毫米亞毫米波干涉陣。歐洲和美國建造50面12米天線，日本建造12面7米和4面12米天線組成的致密陣ACA。最長基線達(dá)14km，工作頻率為30－950GHz，分辨率可達(dá)10毫角秒（詳見/）。ALMA無疑是射電天文乃至整個國際天文界在下一個10年里最為重要的大項(xiàng)目之一，它將可能會對從行星系統(tǒng)到星系形成等各個天體物理層次的前沿研究帶來革命性的影響。為了最大程度上挖掘ALMA的潛力，歐、美以及日本等都進(jìn)行了先導(dǎo)研究。德國和日本分別在智利建造了APEX-12米和ASTE-10米兩架單天線亞毫米波望遠(yuǎn)鏡，其中APEX已開始運(yùn)行并有科學(xué)產(chǎn)出。另外還有南極SPT-10米、LMT-50米和計(jì)劃中的CCAT-25米等。美國2003年投入正式運(yùn)行的SMA作為ALMA之前世界上唯一的亞毫米波陣，最長基線500米，工作頻段在150-900GHz之間，最高分辨率在0.5-0.1角秒之間。由BIMA和OVRO的共15架天線合并組建的CARMA毫米波陣也于2006年正式運(yùn)行，在230GHz的最高分辨率達(dá)0.1角秒。2004年ATCA完成升級改造后工作在到最短3毫米波段，成為南半球第一座毫米波陣。平方公里接收面積的射電陣SKA作為下一代米波和厘米波干涉陣，頻率覆蓋為70MHz-25GHz，分布在至少3000公里半徑范圍，目標(biāo)是將目前運(yùn)行的干涉陣的靈敏度提高兩個量級，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)譜源、譜線源以及變源的大視場巡天(詳見/)。SKA將在五大核心科學(xué)項(xiàng)目取得突破性進(jìn)展：（1）生命燭光，包括原行星盤成像和尋找地外生命的無線電信息；(2)探測宇宙黑暗紀(jì)元(DarkAges)，包括第一代發(fā)光天體的形成和對星系際介質(zhì)的再電離(EpochofReionization，EoR)；（3）宇宙磁場起源和演化；（4）利用脈沖星和黑洞檢驗(yàn)強(qiáng)引力場理論；（5）星系演化、宇宙學(xué)和暗能量。為實(shí)現(xiàn)SKA，美國的探路設(shè)備ATA望遠(yuǎn)鏡（350個6.1米望遠(yuǎn)鏡陣）已經(jīng)部分（42個）通光，澳大利亞、南非都在做探路設(shè)備，計(jì)劃用45個（南非100個）12米天線構(gòu)成一個干涉儀陣列，澳大利亞項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)已經(jīng)到位，預(yù)計(jì)2012年完成。另外，前端與終端設(shè)備的技術(shù)發(fā)展帶動了射電天文學(xué)的前沿飛躍。目前單個接收機(jī)的噪聲水平都已經(jīng)很低（如毫米波/亞毫米波接收機(jī)的噪聲水平都已接近量子極限），沒有太多的提升空間，但多波束陣列接收機(jī)大大提高成圖觀測效率，使得大樣本和大尺度巡天觀測能夠有效實(shí)施。Parkes的13波束接收機(jī)成功發(fā)現(xiàn)的大量脈沖星，包括特別能夠快速檢驗(yàn)相對論的雙脈沖星系統(tǒng)和一種間隙脈沖星以及磁星的射電輻射，使得引力論等幾方面的物理研究取得突破進(jìn)展；JCMT的連續(xù)譜陣列接收機(jī)SCUBA所發(fā)現(xiàn)的亞毫米波星系也是充分發(fā)揮多波束的無偏巡測功能的最好例證。幾乎所有的大望遠(yuǎn)鏡均已配備或正在研制陣列接收機(jī)。如Arecibo的L-波段多波束接收機(jī)，NRO-45m的25波束BEARS，F(xiàn)CRAO-14米的16波束SEQUOIA，CSO-10米的16波束CHAMP，HHT-10米的7波束DesertStar和64波束SuperCam，APEX-12米的7波束CHAMP+，IRAM-30m的9波束HERA等焦面陣。超導(dǎo)HEB熱電子混頻接收機(jī)的發(fā)展解決了SIS技術(shù)的高頻局限，并于1998年首次應(yīng)用于HHT-10米，成功獲得首張獵戶座大星云的太赫茲CO譜線分布圖。另外，基于FPGA和高速FFT的寬帶高分辨率偏振頻譜接收后端從國外大型射電設(shè)備的發(fā)展歷史及思路不難看出其中的關(guān)鍵脈絡(luò)：①科學(xué)驅(qū)動；②與其他波段設(shè)備發(fā)展的有機(jī)結(jié)合；③挑戰(zhàn)新技術(shù)。射電望遠(yuǎn)鏡和接收機(jī)技術(shù)的每一次長足的進(jìn)步都會毫無例外地為射電天文學(xué)的發(fā)展樹立新的里程碑。2．國內(nèi)射電天文的現(xiàn)狀和近幾年的發(fā)展a)．國內(nèi)的射電天文設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代，我國的射電天文學(xué)研究起步時，只有一些觀測太陽射電的小型設(shè)備。在老一輩天文學(xué)家的不懈推動和努力下，相繼建成了一批射電望遠(yuǎn)鏡，包括：北京密云綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，青海德令哈13.7米毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，上海佘山25米射電天文望遠(yuǎn)鏡，烏魯木齊南山25米射電望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)樯潆娞煳牡募夹g(shù)發(fā)展需求，上海天文臺建設(shè)了VLBI實(shí)驗(yàn)室，紫金山天文臺建設(shè)了毫米波亞毫米波技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，國家天文臺總部建立了米波射電天文實(shí)驗(yàn)室并在后來發(fā)展成為大射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。為充分發(fā)揮國內(nèi)射電天文設(shè)備的觀測效益，促進(jìn)射電技術(shù)的發(fā)展，在各臺站及其實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院還成立了射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。倚重這些實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)支持，國內(nèi)的所有射電望遠(yuǎn)鏡作為觀測基地為我國天文學(xué)家提供了有力的觀測支持，為現(xiàn)在和將來的射電天文發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為我國射電天文學(xué)與國際接軌提供了一個平臺。比如，國家天文臺從85－95年利用米波綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡對北天區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的米波232MHz巡天，并培養(yǎng)了大量射電天文人才。其射電天文的深厚基礎(chǔ)最近被用于國家重大戰(zhàn)略需求，建造了北京密云50米和云南昆明40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。國家天文臺的大射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)實(shí)驗(yàn)室一如既往長期不懈，十幾年來為推動我國大望遠(yuǎn)鏡建設(shè)竭盡全力，終于迎來了國家對500米孔徑大射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的立項(xiàng)[1,2]。上海佘山25米射電望遠(yuǎn)鏡是我國最早用于VLBI觀測研究的天文設(shè)備，目前的工作波段有18、13、6、3.6和1.3厘米，是國際VLBI網(wǎng)（EVN，IVS，APT，LFVN等）的重要成員。在過去的20多年中，佘山25米射電望遠(yuǎn)鏡組織和參加了大量的國際VLBI聯(lián)測，是世界上首個空間VLBI（VSOP）觀測計(jì)劃的主要地面站之一。佘山25米射電望遠(yuǎn)鏡可開展和正在開展的課題概括為VLBI技術(shù)及其在天體物理、天體測量和天文地球動力學(xué)中的應(yīng)用等。利用VLBI觀測了活動星系核致密結(jié)構(gòu)，與澳大利亞等國合作完成了近赤道河外耀變源的5GHzVLBI巡天觀測研究。目前主要承擔(dān)EVN和IVS組織的天體物理和天體測量觀測以及由上海天文臺倡導(dǎo)并組織的亞太地區(qū)空間地球動力學(xué)APSG觀測，并參加其它（如APT和東亞VLBI）的國際合作觀測，監(jiān)測亞太地區(qū)的地殼運(yùn)動，已成為國際天文地球動力學(xué)研究的重要基地。單次實(shí)驗(yàn)擬合殘差約40ps，處于國際先進(jìn)水平。佘山25米射電望遠(yuǎn)鏡最近還用于探月和衛(wèi)星地面監(jiān)測，負(fù)責(zé)軌道監(jiān)測和數(shù)據(jù)接收。上海天文臺VLBI實(shí)驗(yàn)室是以發(fā)展VLBI技術(shù)為主要目標(biāo)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。VLBI實(shí)驗(yàn)室研究領(lǐng)域涉及微弱信號的高靈敏高相位穩(wěn)定接收和檢測、高速寬帶數(shù)字終端、VLBI相關(guān)處理、e-VLBI、時間頻率等技術(shù)和方法，重點(diǎn)開展了VLBI技術(shù)在深空探測領(lǐng)域的應(yīng)用研究，承擔(dān)國家探月工程等深空探測任務(wù)，完成了時頻系統(tǒng)的研發(fā)，以及探月工程中的硬、軟件相關(guān)處理機(jī)、MK4格式器等設(shè)備的研發(fā)，正在研制數(shù)字基帶轉(zhuǎn)換器（DBBC）、e-VLBI等VLBI設(shè)備和系統(tǒng)。紫金山天文臺青海德令哈13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡目前是我國毫米波段射電天文觀測的唯一設(shè)備。近年來，應(yīng)用了天線副面主動控制、鎖相調(diào)制信號接收、三維波束測量與定位，結(jié)構(gòu)傾斜測量等技術(shù)，提高了天線指向跟蹤精度，改善了光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量及波束效率，顯著提高了望遠(yuǎn)鏡的性能和工作效率。2002年開始使用的3毫米波段多譜線接收系統(tǒng)，使望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)產(chǎn)出率實(shí)現(xiàn)了量級的提高[3]。該技術(shù)工作獲得國家2006年科技進(jìn)步二等獎。該望遠(yuǎn)鏡能進(jìn)行CO等譜線及連續(xù)譜的觀測，可以開展和正在開展包括星際分子云、恒星形成區(qū)分子氣體分布觀測研究、高光度冷紅外源和大質(zhì)量恒星形成區(qū)的樣本觀測，云-云碰撞天體研究、MSX、Spizter(GLIMPSE)源的證認(rèn)、高速外向流、UCHII區(qū)、Arecibo巡天發(fā)現(xiàn)的甲醇脈澤源的CO分子譜線證認(rèn)、SiO脈澤、原行星狀星云、超新星遺跡與宇宙射線源、分子云核的高激發(fā)譜線觀測，以及河外星系的分子譜線觀測等課題。最新研制的1GHz帶寬的多Bit數(shù)字FFT頻譜儀具有寬帶、高分辨率、高動態(tài)范圍和穩(wěn)定性、以及系統(tǒng)可重構(gòu)等特點(diǎn)，為紫金山天文臺毫米波亞毫米波技術(shù)實(shí)驗(yàn)室是我國開展毫米波亞毫米波接收技術(shù)研究的主要單位。近幾年主要開展基于超導(dǎo)SIS隧道結(jié)和超導(dǎo)HEB熱電子混頻器件的外差混頻（相干探測）技術(shù)研究[10]及其在射電天文望遠(yuǎn)鏡上的應(yīng)用，在毫米波亞毫米波超導(dǎo)接收技術(shù)研究領(lǐng)域基本處于國際前沿水平。分別為青海得令哈13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡和POST亞毫米波望遠(yuǎn)鏡研制了超導(dǎo)SIS接收機(jī)；通過合作分別為SMA亞毫米波天線陣研制了600-GHz頻段超導(dǎo)SIS接收機(jī)和ALMA計(jì)劃第八波段超導(dǎo)SIS混頻器，性能處于國際領(lǐng)先水平，并達(dá)到ALMA計(jì)劃規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。在國內(nèi)首次開展超導(dǎo)HEB熱電子混頻技術(shù)研究，在國際上率先實(shí)現(xiàn)了基于4-K閉環(huán)制冷環(huán)境的低溫實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了2.7THz的混頻實(shí)驗(yàn)，為國內(nèi)最高頻率的太赫茲探測器。烏魯木齊南山25米射電望遠(yuǎn)鏡，可以在92、49、30、18、13、6、3.6和1.3厘米等8個波段開展VLBI觀測，也是國際VLBI網(wǎng)（EVN，IVS，LFVN等）的重要成員。在單天線觀測方面建立了256通道320MHz帶寬脈沖星消色散終端系統(tǒng)、4096通道80MHz帶寬自相關(guān)頻譜儀為核心的分子譜線終端系統(tǒng)，6厘米波段的偏振觀測系統(tǒng)等。南山25米射電望遠(yuǎn)鏡可開展VLBI天體物理，天體測量，測地學(xué)，航天器定軌及地球空間環(huán)境的VLBI觀測研究等。作為單天線觀測可開展脈沖星脈沖到達(dá)時間、輻射特性和星際閃爍研究；厘米波分子譜線研究；射電暫現(xiàn)源研究；射電源流量監(jiān)測和偏振巡天研究等。烏站射電天文實(shí)驗(yàn)室裝備了微波和數(shù)字天文實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室掌握了厘米波制冷接收機(jī)的研制技術(shù)、脈沖星消色散終端的研制技術(shù)和射電望遠(yuǎn)鏡面板精度的全息法測量等。2006年建成的北京密云50米口徑和云南昆明40米口徑射電望遠(yuǎn)鏡將主要承擔(dān)我國繞月探測工程CE-1（嫦娥一號）衛(wèi)星下行的科學(xué)數(shù)據(jù)接收任務(wù)和CE-1的VLBI測軌工作，工作波長是13和3.6厘米。VLBI測軌系統(tǒng)由上海天文臺VLBI數(shù)據(jù)處理和調(diào)度中心和上海佘山、北京密云、云南昆明和烏魯木齊南山等4個VLBI觀測站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成，將參與完成“嫦娥一號”除發(fā)射段外的各個軌道段的測軌任務(wù)，這是世界上首次將VLBI技術(shù)實(shí)時用于航天工程。曾在2006年利用ESA的繞月衛(wèi)星進(jìn)行了定軌VLBI測量，實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。這四個觀測站與上海的相關(guān)處理中心將組成中國的VLBI觀測網(wǎng)，發(fā)展成可在多個厘米波段獨(dú)立進(jìn)行天文觀測研究的VLBI網(wǎng)，提高我國自身的VLBI天文研究和應(yīng)用能力。為趕超國際天文界對黑暗世紀(jì)的第一縷曙光的探測，在新疆建設(shè)了的宇宙原初結(jié)構(gòu)探測的專用望遠(yuǎn)鏡21CMA，是世界上最早投入“宇宙第一縷曙光探測”的專用低頻射電望遠(yuǎn)鏡陣列。21CMA由長度分別為2.74＋6公里和4.1公里的東－西和南－北兩條基線組成，最高空間分辨率可達(dá)2角分。21CMA共有陣列81組計(jì)天線10287面，每面天線均固定在地面并永久指向北極，使天線的指向不圖1：FAST總體示意圖為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，中國天文界正著手建造世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡。2007年7月國家批準(zhǔn)在貴州建造500米口徑球面望遠(yuǎn)鏡(Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope，簡稱FAST，見圖1)。國家天文臺FAST實(shí)驗(yàn)室針對FAST科學(xué)目標(biāo)、主動反射面、寬帶饋源、饋源倉指向與跟蹤、測量與控制、天線總體電性能以及電磁兼容性等問題進(jìn)行了深入研究與關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)?？梢蚤_展和正在開展的課題有，射電望遠(yuǎn)鏡多學(xué)科選址、主動反射面特別是動態(tài)索網(wǎng)成型技術(shù)、柔性支撐并聯(lián)機(jī)器人定位、遠(yuǎn)距離高精度動態(tài)測量、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、多波束低噪聲接收機(jī)技術(shù)、微帶陣列天線技術(shù)、天線制造、超寬帶信息傳輸、海量數(shù)據(jù)存儲與處理、強(qiáng)時變非線性系統(tǒng)控制等。2005年，F(xiàn)AST實(shí)驗(yàn)室用在北京密云建成了FAST50米整體模型，并于2006年成功檢測到了銀河系中的中性氫國內(nèi)射電天文研究隊(duì)伍狀況和前沿課題以及取得的成績我國的射電天文學(xué)發(fā)展迅速，國內(nèi)的射電天文研究力量主要集中在國家天文臺總部、紫金山天文臺、上海天文臺和烏魯木齊天文站等觀測基地，以及北京大學(xué)、南京大學(xué)和北京師范大學(xué)等高校。在充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的射電天文設(shè)備的同時，還積極通過競爭爭取世界上最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀測時間，在許多射電天文研究領(lǐng)域都做出了有較高顯示度的工作。下面針對各個層次天文目標(biāo)（行星和太陽系、恒星和脈沖星、星系和星系核、星系團(tuán)和宇宙學(xué)）和多學(xué)科交叉（包括地球動力學(xué)和探月軌道定位）的射電天文課題做簡要介紹。行星和太陽系：國內(nèi)這方面的工作較有限，北大研究小組目前在推進(jìn)與行星形成有關(guān)的原行星盤-星周盤的研究,探討大質(zhì)量恒星的原行星盤。太陽和太陽系的射電研究參見太陽專業(yè)委員會的報告。恒星和脈沖星：紫臺、北大、南大、國臺、北師大、烏站和上海臺等的研究組開展了對恒星形成區(qū)分子氣體與塵埃的多波段觀測研究。紫臺的一個國際研究小組成功探測到圍繞一個大質(zhì)量年輕恒星“BN天體”周圍的吸積盤，確定了大質(zhì)量恒星通過吸積過程加以形成的機(jī)制，結(jié)果發(fā)表在英國《自然》雜志上[4]；北大小組觀測發(fā)現(xiàn)了國際上首例既有內(nèi)流又有外流的早期源核心JCMT18354-0649S，成為大質(zhì)量恒星形成過程與小質(zhì)量星類似相同的強(qiáng)烈證據(jù)；北京師范大學(xué)的射電天文研究主要包括演化晚期恒星星周包層的分子脈澤（如SiO、OH脈澤）及其在銀河系運(yùn)動學(xué)的應(yīng)用以及恒星形成區(qū)的分子譜線的觀測，發(fā)現(xiàn)了大量新的脈澤源，細(xì)致研究了某些具有特色的恒星形成區(qū)的動力學(xué)特征。烏站小組正在開展銀道面星際氨分子（1，1）和（2，2）反演線的無偏巡天觀測。上海臺、南大及紫臺的小組利用對河內(nèi)脈澤源的VLBI觀測研究銀河系大尺度結(jié)構(gòu)；在利用脈澤源觀測確定銀河系旋臂結(jié)構(gòu)和動力學(xué)方面，由上海臺與南大的研究人員共同參與主持的國際合作，用美國甚長基線陣VLBA，觀測銀河系英仙臂大質(zhì)量分子云核中的甲醇分子脈澤，并采用太陽和地球的距離為基線的三角視差方法，獲得了有史以來人類天體絕對距離測量的最高精度，解決了在天文學(xué)里銀河系漩渦結(jié)構(gòu)中離太陽最近英仙臂距離的長期爭論，其結(jié)果有力地支持了銀河系密度波理論。研究結(jié)果發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上并展現(xiàn)在其封面上[5]。北大小組對脈沖星、夸克星等方面的理論和觀測研究具有長期積累，培養(yǎng)和帶動了國臺和烏站的脈沖星研究小組，開展了對脈沖星及其超新星遺跡的觀測和應(yīng)用研究。理論方面注意到逆Compton散射過程在脈沖星磁層中的重要性，并建立了脈沖星的ICS輻射模型；另外還提出了“射電脈沖星是裸奇異夸克星”新概念，進(jìn)而研究了奇異星的形成、磁場、吸積等一系列天體物理問題，并給出夸克星存在的若干天體物理后果及可能的觀測證據(jù)。烏站脈沖星觀測研究[6]開展的課題包括脈沖星脈沖到達(dá)時間（包括自轉(zhuǎn)特性、時間噪聲、周期躍變、自行等）觀測研究、脈沖星射電多波段輻射特性（包括脈沖星平均輪廓特性、頻譜、單個脈沖特性、巨脈沖等）觀測研究、星際閃爍觀測研究和銀河射電暫現(xiàn)源觀測研究。在脈沖星周期躍變、輻射特性以及星際閃爍三個方面取得國際水平的觀測研究成果。國臺包括烏站、高能所和國家授時中心等正在進(jìn)行脈沖星自主導(dǎo)航應(yīng)用方面的前瞻性研究。國臺的研究小組[7]利用國際一流望遠(yuǎn)鏡觀測對銀河系中脈沖星進(jìn)行了大量的偏振觀測，建立了銀河系的整體磁場模型，首次給出了銀河系銀暈磁場強(qiáng)度的定量估計(jì)，此項(xiàng)研究成果獲2007年國家自然科學(xué)二等獎；國臺人員還對超新星遺跡進(jìn)行了大量的射電觀測和多波段研究，在國際上也有相當(dāng)?shù)挠绊?。星系和星系核：紫臺的小組開展了關(guān)于星系的形成和演化的多波段觀測，用HCN測量近鄰星系中的高密度分子氫，并和從遠(yuǎn)紅外定標(biāo)得到的SFR比較得到了新的恒星形成定律；最近又利用VLA首次在亞毫米波星系SMMJ16359+6612中探測到HCN(1-0)發(fā)射，并發(fā)現(xiàn)高紅移星系中稠密氣體單位質(zhì)量恒星形成率較高；國臺、上海臺和烏站開展了對活動星系核和射電星系的VLBI偏振觀測和VLBI（包括空間VLBI）巡天等的多波段觀測研究[8]，探索中央黑洞、吸積盤、射電噴流性質(zhì)以及噴流對星系演化的影響。國臺和烏站還先后進(jìn)行了關(guān)于射電變源的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)了新的IDV源。上海臺小組對銀河系中心大質(zhì)量黑洞開展了一系列的觀測及研究，包括高（時間和空間）分辨率的毫米波VLBI觀測，多歷元的長期流量變化的監(jiān)測以及多波段頻譜測量等。經(jīng)過8年的研究，利用美國甚長基線陣VLBA最終獲得了世界上第一張3.5毫米波長SgrA*的高分辨率圖像，為迄今最接近該黑洞的“射電照片”，這一研究成果刊登在英國《自然》雜志上，配發(fā)的專題評述認(rèn)為“這些觀測提供了SgrA*即是黑洞的有力證據(jù)”[9]。星系團(tuán)和宇宙學(xué)：國臺的研究人員一方面通過理論研究，數(shù)值模擬，數(shù)據(jù)分析等，在對宇宙暗物質(zhì)和暗能量本質(zhì)的研究方面獲得國內(nèi)外同行的相當(dāng)高的評價；另一方面將利用21CMA觀測探測高紅移時代宇宙，揭示宇宙從黑暗走向光明的變遷時期。上海交大的研究小組開展了關(guān)于星系團(tuán)的低頻射電研究。天文地球動力學(xué)和探月定軌：通過測定上海VLBI站到其它國家VLBI站之間的相對運(yùn)動，檢測出佘山站每年8毫米的向東運(yùn)動。佘山25米射電望遠(yuǎn)鏡分別于1996年、1998年和2006年參與了俄羅斯的金星雷達(dá)VLBI試驗(yàn)、三次火星環(huán)球勘探者號的VLBI定位觀測和“惠更斯號”土星探測器降落到土衛(wèi)六的監(jiān)測，均獲成功。二、國內(nèi)射電天文的近中期發(fā)展趨勢和目標(biāo)國內(nèi)射電天文今后幾年可能的儀器發(fā)展和科學(xué)課題帶動中國天文研究可以粗分為九大學(xué)科領(lǐng)域：宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、暗物質(zhì)和暗能量、星系形成和演化、天體高能和激發(fā)過程、恒星形成和演化、太陽磁活動和日地空間環(huán)境、天文地球動力學(xué)、太陽系天體和人造天體動力學(xué)、空間天文觀測手段和空間探測、天文新技術(shù)和新方法。國內(nèi)射電天文發(fā)展迅速，在宇宙學(xué)、星系演化、銀河系磁場、脈沖星和星際分子等領(lǐng)域的研究都在國際上有較高的顯示度。隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，中國射電天文學(xué)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，中國天文界正著手建造世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡——500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡FAST。FAST項(xiàng)目建設(shè)、科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展成為中國射電天文界未來10年內(nèi)的最首要的任務(wù)。FAST的建成，將為科學(xué)家提供眾多的發(fā)現(xiàn)與突破機(jī)遇。它有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，重現(xiàn)宇宙演化圖像。觀測暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代誕生的天體。預(yù)計(jì)，F(xiàn)AST能用一年觀測時間發(fā)現(xiàn)約7000顆脈沖星，有希望發(fā)現(xiàn)亞毫秒脈沖星（夸克星），發(fā)現(xiàn)中子星—黑洞雙星系統(tǒng)，根據(jù)開普勒定律最簡單直接地證實(shí)黑洞的存在。精確測定毫秒脈沖星到達(dá)時間，檢測引力波。作為最大的單元加入國際甚長基線網(wǎng)VLBI，為雙星系統(tǒng)和太陽系外行星系統(tǒng)成像，進(jìn)入遙遠(yuǎn)星系活動核心的未知領(lǐng)域。高靈敏度的FAST還可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實(shí)現(xiàn)銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破。使用FAST探測微弱HI質(zhì)量函數(shù)，從而揭示鄰近宇宙中的中性氫分布，沖擊失蹤伴星系之謎。尋找發(fā)現(xiàn)由于氣體密度低而未能形成恒星的“黑暗星系”，從而解開暗暈子結(jié)構(gòu)之謎。利用FAST對大尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡天觀測，巡視107個星系，獲得質(zhì)量功率譜。根據(jù)目前射電天文的基礎(chǔ)，我們可以預(yù)計(jì)，在2015年，國內(nèi)射電天文研究團(tuán)隊(duì)在FAST核心科學(xué)項(xiàng)目上可以取得明顯的成績。另外，F(xiàn)AST在國家重大需求方向有重要應(yīng)用價值。把我國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。脈沖星到達(dá)時間測量精度由目前的120納秒提高至30納秒，成為國際上最精確的脈沖星計(jì)時陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。進(jìn)行高分辨率微波巡視，以1Hz的分辨率診斷識別微弱的空間訊號，作為被動戰(zhàn)略雷達(dá)為國家安全服務(wù)。作為“子午工程”的非相干散射雷達(dá)接收系統(tǒng)，提供高分辨率和高效率的地面觀測；跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報。VLBI的建設(shè)是我國射電天文發(fā)展的重要方向。在探月VLBI網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)中國厘米波段VLBI網(wǎng)。對上海和烏魯木齊VLBI系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，使其保持國際先進(jìn)水平；2006年建設(shè)的北京密云和云南昆明兩臺射電望遠(yuǎn)鏡，已配備S/X波段接收設(shè)備和VLBI記錄終端；我國VLBI網(wǎng)可進(jìn)行S/X波段的聯(lián)測。建議在2010年以前，為北京和昆明站研制C和L波段接收機(jī)；屆時使中國VLBI網(wǎng)的四臺站共同具有四個工作波段（S、X、C、L）的觀測能力。將來在貴州建成的FAST也將加入VLBI觀測，將在天體物理、天體測量以及深空探測中的發(fā)揮作用。圍繞FAST等一批重大工程的建設(shè)，開展相關(guān)的高靈敏度、低噪聲接收技術(shù)、寬帶高速數(shù)字信號處理技術(shù)研究。同時開展數(shù)字化寬帶接收機(jī)、寬帶DBBC、新一代寬帶多臺站相關(guān)處理機(jī)等設(shè)備以及適用于我國射電天文研究工作的數(shù)據(jù)處理軟件包的研制，將拓展我國VLBI網(wǎng)的觀測研究能力。隨著高速網(wǎng)絡(luò)e-VLBI的進(jìn)一步發(fā)展，可帶動高靈敏度VLBI觀測研究和對一些突發(fā)或捕捉性的目標(biāo)進(jìn)行快速e-VLBI觀測研究，可跟進(jìn)開展相關(guān)研究課題。在上海天文臺VLBI相關(guān)處理機(jī)研制基礎(chǔ)上，計(jì)劃在2010年前將相關(guān)處理機(jī)能力擴(kuò)展為10臺站；同時發(fā)展軟件相關(guān)處理機(jī)。在VLBI天體測量領(lǐng)域，研究中國大陸現(xiàn)代板塊運(yùn)動，參加國家大地測量控制網(wǎng)建設(shè)。國內(nèi)VLBI網(wǎng)將參與國家探月2、3期工程和火星探測等深空探測工程。根據(jù)深空探測器的測定軌需求,研究VLBI高精度測角、定位的技術(shù)和方法；開發(fā)、研制VLBI高精度測角設(shè)備和系統(tǒng)。隨著VLBI向高頻方向發(fā)展，毫米波VLBI成為一個重要課題。配備適當(dāng)?shù)腣LBI終端設(shè)備和高精度時頻標(biāo)準(zhǔn)后，13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡能夠成為全球毫米波VLBI網(wǎng)(GMVA)內(nèi)的一個標(biāo)準(zhǔn)觀測站，在未來的天文觀測和科學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮作用。分子譜線觀測研究領(lǐng)域，德令哈13.7米望遠(yuǎn)鏡觀測能力將得到進(jìn)一步提高。面向大樣本和巡天觀測的需要，結(jié)合新的技術(shù)發(fā)展，設(shè)計(jì)的波束“超導(dǎo)成像頻譜儀”將是我國多波束射電天文探測器研制中的一個突破。該接收機(jī)投入使用將使13.7米望遠(yuǎn)鏡的探測能力再一次實(shí)現(xiàn)量級的提高。超導(dǎo)成像頻譜儀在毫米波望遠(yuǎn)鏡上投入應(yīng)用后，將對大尺度分子云結(jié)構(gòu)和演化、銀河系局域恒星形成率、銀道面星際介質(zhì)分布與銀河系結(jié)構(gòu)、超新星遺跡、近鄰星系中的分子氣體分布與恒星形成等方面的研究課題提供一個重要的觀測設(shè)備。利用已有的25－50米級射電望遠(yuǎn)鏡，巡視脈沖星，發(fā)現(xiàn)稀有品種脈沖星。在脈沖星觀測研究方面，烏站25米射電望遠(yuǎn)鏡將繼續(xù)擴(kuò)展觀測研究領(lǐng)域，密云50米望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)入觀測研究階段，昆明40米望遠(yuǎn)鏡正在著手相關(guān)觀測的啟動。在脈沖星研究國際合作協(xié)議框架下兩臺望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃建立1GHz帶寬的DFB脈沖星數(shù)字化終端系統(tǒng)，提高觀測靈敏度和消色散能力。烏站25米射電望遠(yuǎn)鏡將實(shí)現(xiàn)多個波段高精度脈沖到達(dá)時間觀測研究，密云50米射電望遠(yuǎn)鏡將在脈沖星搜尋方面發(fā)揮重要作用。發(fā)展相干消色散技術(shù)，通過終端設(shè)備的數(shù)字化對脈沖星偏振以及對毫秒脈沖星觀測研究，進(jìn)一步擴(kuò)展我國脈沖星觀測研究領(lǐng)域。未來10年將致力于脈沖星脈沖到達(dá)時間陣的建立，深入開展脈沖星時間基準(zhǔn)和導(dǎo)航應(yīng)用研究項(xiàng)目和引力波探測的研究。烏站25米射電望遠(yuǎn)鏡擬開展的氨分子銀河系巡天課題，將是國際上首次對銀道面進(jìn)行氨分子的無偏巡天，提供銀河系高密氣體成分的分布結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重要信息；可以研究彌漫分子云到分子云核演化的大尺度規(guī)律、分子云核到原恒星演化的大尺度規(guī)律以及研究孕育年輕恒星巨分子云大尺度結(jié)構(gòu)和它們的物理性質(zhì)等。密云50米射電望遠(yuǎn)鏡可以在中性氫和分子譜線觀測方面發(fā)揮重要作用。在觀測宇宙學(xué)領(lǐng)域，國家天文臺在新疆建立了21厘米陣（21CMA），被英國《自然》雜志列在國際四大EoR探測設(shè)備的首位。高紅移中性氫21厘米線的觀測將提供宇宙第一代發(fā)光天體誕生以及宇宙早期物質(zhì)分布和演化的重要信息，取得宇宙再電離時期的初步結(jié)果需要三年到十年的時間。利用該設(shè)備還可開展新概念被動雷達(dá)的研究。在射電天文技術(shù)層面，射電天文界首要任務(wù)是按期完成FAST項(xiàng)目的建設(shè)。FAST項(xiàng)目涉及眾多高新科技領(lǐng)域，為人才培養(yǎng)提供了豐富選題，如動態(tài)索網(wǎng)成型技術(shù)、柔性支撐并聯(lián)機(jī)器人定位、遠(yuǎn)距離高精度動態(tài)測量、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、多波束低噪聲接收機(jī)技術(shù)、微帶陣列天線技術(shù)、天線制造、超寬帶信息傳輸、海量數(shù)據(jù)存儲與處理、強(qiáng)時變非線性系統(tǒng)控制等。要開展廣泛國際合作，完善和高質(zhì)量運(yùn)行自主研制的射電望遠(yuǎn)鏡，研制密云50米和昆明40米單天線的射電天文終端；高質(zhì)量運(yùn)行密云50米、昆明40米單天線望遠(yuǎn)鏡，新疆21CMA以及中國VLBI系統(tǒng)。積極發(fā)展射電波段的超高靈敏度相干和非相干探測技術(shù)，大規(guī)模焦面成像技術(shù)，以及寬帶高分辨率信號處理技術(shù)。在我國已有天線上發(fā)展和運(yùn)用多波束饋源、相位陣饋源技術(shù)，提升射電望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行效率和質(zhì)量。積極發(fā)展適合于空間應(yīng)用的射電天文關(guān)鍵技術(shù)，如大口徑低溫制冷（可展開）天線技術(shù)、高靈敏度探測技術(shù)、毫K量級低溫制冷技術(shù)等；積極發(fā)展射電天文用核心器件（如MMIC寬帶半導(dǎo)體器件、基于SOI和beam-lead技術(shù)的半導(dǎo)體和超導(dǎo)探測器件、高速數(shù)據(jù)處理芯片等）的制備技術(shù)及制備條件。研制長期持續(xù)相關(guān)處理機(jī)，發(fā)展軟件相關(guān)處理機(jī)。國內(nèi)射電天文今后幾年可能發(fā)展的主要研究方向、研究力量和重點(diǎn)布局人才是事業(yè)成功的關(guān)鍵。建設(shè)大設(shè)備，如FAST，需要人才；使用大設(shè)備，做出一流的科學(xué)研究結(jié)果，更需要人才。射電天文的發(fā)展，不僅需要一流的天文研究人才，還需要在觀測設(shè)備和基地運(yùn)行、設(shè)備技術(shù)更新發(fā)展等方面配備一流的技術(shù)人才。今后幾年，所有的研究項(xiàng)目和技術(shù)項(xiàng)目，都要重視人才的培養(yǎng)，以適應(yīng)我國射電天文未來發(fā)展的需求。一方面，繼續(xù)加強(qiáng)國內(nèi)各天文臺站的技術(shù)力量和研究力量，另一方面，積極扶持全國所有可能高校（比如貴州大學(xué)）興建射電天文的研究力量，并加強(qiáng)他們與各天文臺站的學(xué)術(shù)聯(lián)系。我國分子譜線研究力量主要分布于紫臺、烏站、南大、北大、北師大、上海臺和廣州大學(xué)等單位。紫臺考慮將毫米波VLBI作為重點(diǎn)布局，與上海天文臺的VLBI團(tuán)隊(duì)，全面推進(jìn)中國的VLBI研究。烏站計(jì)劃與南大，紫臺，美國哈佛史密松緊密合作以氨分子銀河系巡天研究為重點(diǎn)課題，同時進(jìn)行水脈澤和甲醛脈澤搜尋以及一氧化硅脈澤的觀測研究等。各高校希望充分利用國內(nèi)已有的射電望遠(yuǎn)鏡資源，開展多種分子譜線觀測研究課題。北大天文系將以河內(nèi)恒星形成為核心運(yùn)用微波、亞毫米波，開展原行星盤即星周盤的研究。在研究演化晚期至恒星死亡過程方面，搜尋“再生”毫秒脈沖星的冷塵埃物資及盤的碎片。北師范大天文系計(jì)劃在恒星演化早期和晚期分子譜線研究方面繼續(xù)發(fā)展。上海臺利用高精度VLBI譜線測量探討星周脈澤的抽運(yùn)機(jī)制。實(shí)際上，譜線研究已經(jīng)擴(kuò)展到星系層次。北大天文系在黑洞、活動星系核等方面研究活躍，已開始運(yùn)用分子譜線。廣州大學(xué)與國外合作進(jìn)行河外脈澤源的研究。脈沖星研究在我國已經(jīng)有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)和一定的國際影響，也是將來FAST建設(shè)之后的首選重點(diǎn)課題。主要研究力量分布在國臺北京總部、烏站、北大，其他一些高校如清華、華中師范大學(xué)、廣州大學(xué)、西南大學(xué)等也有一些研究力量。國內(nèi)的脈沖星觀測將來可能要以烏站25米和密云50米望遠(yuǎn)鏡為先行鋪墊，訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)，以高精度脈沖到達(dá)時間觀測研究的實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)課題。將來FAST建設(shè)起來，可能要在脈沖星搜尋方面突破。注意到在脈沖星時間基準(zhǔn)和導(dǎo)航應(yīng)用研究課題方面，國臺（包括烏站）與國家授時中心、高能所已經(jīng)有方向性項(xiàng)目進(jìn)行前瞻性研究?？雌饋?，脈沖星研究所需要的后端設(shè)備，包括配備于25米50米和將來FAST上的設(shè)備，應(yīng)該由各研究團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)共同推進(jìn)，避免重復(fù)和浪費(fèi)。在脈沖星理論研究方面，鼓勵高校（如北大、南大、科大、華中師大、廣州大學(xué)等）百花齊放，在中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)、脈沖星輻射機(jī)制、脈沖星形成和演化等方面壯大理論研究的力量 活動星系核研究與VLBI的建設(shè)密不可分。我國現(xiàn)有的50米40米及兩個25米的天線目前已經(jīng)構(gòu)成一個厘米波VLBI網(wǎng)，將來FAST的加入更在靈敏度上沖到國際領(lǐng)先地位。注意到VLBI的國家戰(zhàn)略需求總是有相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)保證和必備的人員支持，而奇缺的確是VLBI天體物理領(lǐng)域的研究人才。目前VLBI的研究隊(duì)伍主要在上海天文臺，在烏站、南大、紫臺、國臺也有一些小組。要加強(qiáng)活動星系核致密結(jié)構(gòu)和射電噴流的觀測研究和譜線VLBI觀測，培養(yǎng)大量能夠使用VLBI設(shè)備的人才，同時考慮儀器設(shè)備向毫米波波長挺進(jìn)，研究內(nèi)容趨向黑洞周圍的吸積盤物理的理解，將對活動星系核致密結(jié)構(gòu)和射電噴流的高分辨率VLBI觀測與其它波段（如伽瑪射線衛(wèi)星GLAST等）的觀測相結(jié)合，研究活動星系核的統(tǒng)一模型、中央能源和輻射機(jī)制、磁場、噴流的形成和準(zhǔn)直機(jī)制射電天文與高技術(shù)的結(jié)合是非常緊密的。目前國內(nèi)的各天文臺站均有相當(dāng)大技術(shù)力量和技術(shù)儲備，比如，紫臺在毫米波、亞毫米波接收技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入國際前沿水平，在ALMA等國際大型設(shè)備的研制中得到體現(xiàn)和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮這些優(yōu)勢技術(shù)；上海臺在VLBI的各項(xiàng)技術(shù)都有相當(dāng)長期的積累；烏站和上海臺掌握了低噪厘米波接收機(jī)技術(shù)。今后要加強(qiáng)射電天文關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，在超導(dǎo)探測技術(shù)、VLBI相關(guān)處理技術(shù)、低噪聲接收技術(shù)等方面合理布局，加強(qiáng)投入，并使這些技術(shù)與已有設(shè)備的更新發(fā)展以及與未來建議的發(fā)展項(xiàng)目之間保持有機(jī)的聯(lián)系，使每一個新上的項(xiàng)目有技術(shù)保障、每一塊發(fā)展的技術(shù)有應(yīng)用的舞臺。國內(nèi)射電天文的中長期發(fā)展趨勢和目標(biāo)（2015-2025）其實(shí)對于整個天文學(xué)的挑戰(zhàn)在于設(shè)計(jì)一個有戰(zhàn)略意義的和協(xié)調(diào)發(fā)展的計(jì)劃，以使科學(xué)產(chǎn)出、技術(shù)發(fā)展、教育和拓展都在短期內(nèi)最大化，同時為將來打下基礎(chǔ)。因此我們應(yīng)該認(rèn)真研究國際射電天文領(lǐng)域的中長期發(fā)展趨勢和目標(biāo)，進(jìn)而制定我國相應(yīng)的中長期發(fā)展趨勢和目標(biāo)，并積極鼓勵國內(nèi)射電天文界較早地參與國際研究計(jì)劃。射電天文探索的前沿科學(xué)問題很廣泛，可能要依賴不同的儀器發(fā)展取得突破點(diǎn)。在各天體層次都有非常前沿的課題，在近10年不能利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)突破。比如：行星： 行星系統(tǒng)如和形成？這可能與宇宙中生命起源關(guān)系重大。目前望遠(yuǎn)鏡的分辨率和靈敏度都不夠，要等到ALMA、EVLA、SKA才可能有所作為。恒星： 大質(zhì)量恒星如何形成？恒星的初始質(zhì)量函數(shù)IMF由什么決定？星團(tuán)如和形成？這些都是星系演化的數(shù)值模擬中必須的信息。恒星演化后的致密天體是檢驗(yàn)強(qiáng)場引力物理（比如引力波）的重要場所，發(fā)現(xiàn)致密天體及其雙星系統(tǒng)可能是探索新物理的重要途徑。星系：星系是何時、怎樣形成的？銀河系的形成與演化？銀河系結(jié)構(gòu)，距離的精確測定。超大質(zhì)量黑洞的形成與演化如何？星系團(tuán)：星系團(tuán)的起源與演化實(shí)際上可以看成是星系形成和宇宙結(jié)構(gòu)形成的一個重要方面，尤其是對于那些通常在星系團(tuán)環(huán)境中的大質(zhì)量橢圓星系。作為下一代的干涉陣望遠(yuǎn)鏡SKA將能夠在最高的紅移處研究星系團(tuán)的射電環(huán)境。中等紅移的星系團(tuán)中以及其周圍氣體的性質(zhì)可以通過HI的測量加以研究。另外SZ效應(yīng)的射電和毫米波觀測將能夠把星系團(tuán)介質(zhì)中的電子壓力和激波物理以及重子質(zhì)量等有機(jī)地聯(lián)系起來。宇宙學(xué)：宇宙學(xué)要回答的基本問題是：宇宙如何誕生、如何演化？最終命運(yùn)又如何？“暗能量”與“暗物質(zhì)”是由什么組成的？宇宙的“黑暗時代”發(fā)生了什么？CMB的深入研究對其中第一個問題給出了越來越清晰的答案，在PLANCK升空之后下一代的CMB計(jì)劃應(yīng)該著眼于探測大尺度結(jié)構(gòu)引力透鏡的極微弱偏振信號，并最終探測到暴漲結(jié)束時所產(chǎn)生的引力波印記。歐洲未來20年計(jì)劃中的專門用于測量微弱的CMB偏振的衛(wèi)星發(fā)射之后才可能會在這一點(diǎn)上有所突破。事實(shí)上繼宇宙微波背景研究的高潮之后，未來十年宇宙學(xué)研究的籌碼已經(jīng)投擲給了對宇宙的黑暗時代和再電離時代的探測，即宇宙第一縷曙光的尋找以及對“暗能量”和“暗物質(zhì)”性質(zhì)的研究。其中“暗能量”的研究手段之一是需要借助于SZ效應(yīng)的觀測，而“暗物質(zhì)”在宇宙中分布的重要探測手段之一是對大樣本的引力透鏡系統(tǒng)進(jìn)行射電成像。射電天文技術(shù)的其他戰(zhàn)略應(yīng)用：由于21CMA恰好處在低頻射電波段，而且射電天文觀測總是通過被動的接收方式進(jìn)行，所以，由21CMA所發(fā)展的技術(shù)將對被動雷達(dá)的研究提供重要試驗(yàn)基礎(chǔ)，發(fā)展低頻被動雷達(dá)對國防有著非常重大的意義；射電天文最高頻段的太赫茲技術(shù)可能為國家安全做出貢獻(xiàn)。具有超寬頻帶大量頻率通道極高時間分辨率的寬帶高速頻譜儀是脈沖星技術(shù)設(shè)備的基本技術(shù)，可能用于各種信號檢測監(jiān)聽場合。上述課題有一些可以通過積極參與國際射電天文項(xiàng)目的合作研發(fā)，使我國進(jìn)入前沿領(lǐng)域。隨著設(shè)備越來越大，國際合作將成為一種顯然的趨勢。由于射電天文的特點(diǎn)（如跨地區(qū)的VLBI)，射電領(lǐng)域的國際合作已經(jīng)深入人心。今后，提高國際合作項(xiàng)目中的投入比重是一種合理的選擇。在未來10-20年內(nèi)，中國應(yīng)當(dāng)有組織地、結(jié)合國際發(fā)展趨勢和國內(nèi)基礎(chǔ)條件，積極參與ALMA、SKA和南極天文等國際合作。ALMA毫無疑問是今后天體物理研究的重要平臺，它將對從星系形成到行星系統(tǒng)的各個天體物理層次的前沿研究起到舉足輕重的作用。

然而，中國射電天文學(xué)還是有自己的夢想和追求。比如目前有人提出：積極推進(jìn)我國毫米波VLBI的中長期發(fā)展計(jì)劃的同時，青海毫米波天線配備VLBI設(shè)備，爭取在國家天文臺在西部（西藏）的新臺址建口徑為30－60米的毫米波/亞毫米波VLBI站，建設(shè)我國的毫米波VLBI網(wǎng)。力求在熱點(diǎn)目標(biāo)有所突破，例如銀心黑洞的成像等。開展空間與月基VLBI，并考慮建設(shè)空間毫米波VLBI網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射4-6臺2米級亞毫米波天線構(gòu)成空間毫米波VLBI陣（SMVA）。通過精確地設(shè)計(jì)軌道，使其任何兩空間天線間的距離和基線的方向都可根據(jù)需求變化，以獲得較好的(u,v)覆蓋，實(shí)現(xiàn)對天體成圖的目的。這些天線甚至可以和SMA及ALMA聯(lián)網(wǎng)觀測。構(gòu)成地－空毫米波VLBI陣，這將大大提高觀測的靈敏度（ALMA的威力）和進(jìn)一步提高觀測的分辨率?？紤]月球的射電寧靜度，建立我國的月基射電天文臺。考慮到國內(nèi)正在大力推進(jìn)太赫茲技術(shù)的研究和應(yīng)用，射電天文領(lǐng)域應(yīng)積極準(zhǔn)備太赫茲頻段（亞毫米波至遠(yuǎn)紅外）的地面和空間科學(xué)計(jì)劃。在西部建造80/100米全天可動短厘米波射電望遠(yuǎn)鏡，并配備多波束接收機(jī)和寬帶數(shù)字化終端系統(tǒng)，與FAST共同形成較完整的互補(bǔ)的觀測系統(tǒng)，將使我國在脈沖星監(jiān)測、銀河系結(jié)構(gòu)、恒星形成和演化、特殊天體