太陽(yáng)射電輻射的特殊性在于它是一個(gè)“面源”，一個(gè)“強(qiáng)源”，一個(gè)“變?cè)础保∫笥^測(cè)設(shè)備具有高靈敏度、高時(shí)間、高空間和高頻率分辨能力，同時(shí)兼顧穩(wěn)定性和抗干擾等性能！太陽(yáng)射電觀測(cè)由于地球大氣窗口（圖1）僅局限于～1厘米-15米波段和亞毫米波的一小段。更長(zhǎng)的波段需要依賴空間探測(cè)。而且人類無(wú)線電干擾使得射電天文學(xué)家不得不退縮到廣漠荒涼之地尋求“相對(duì)寧?kù)o”的觀測(cè)頻段。

圖1. 地球大氣窗口（圖源：修改自維基百科）

最早的太陽(yáng)射電觀測(cè)始于20世紀(jì)30年代。美國(guó)人格羅·雷伯在1937年成功制造首架拋物面射電望遠(yuǎn)鏡（圖2），探測(cè)到了太陽(yáng)及其它天體發(fā)出的射電波。二戰(zhàn)期間英國(guó)防空部隊(duì)的炮瞄雷達(dá)突然受到強(qiáng)烈的電波干擾。后來(lái)科學(xué)家J.S Hey發(fā)現(xiàn)這是起因于太陽(yáng)的天然現(xiàn)象。太陽(yáng)射電天文學(xué)開始發(fā)展起來(lái)。

圖2. 左圖是格羅.雷柏設(shè)計(jì)的首架“碟形”射電望遠(yuǎn)鏡，右圖為原尺寸復(fù)制（圖源：百度+維基百科）

根據(jù)天線單元組成模式和觀測(cè)頻率，現(xiàn)代太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡可大致分類如表1。

表1. 現(xiàn)代太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡分類

流量計(jì)主要用于太陽(yáng)射電輻射總流量的常規(guī)監(jiān)測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外仍有許多同類設(shè)備在運(yùn)行，例如我國(guó)明安圖觀測(cè)基地的三頻點(diǎn)太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡（圖3左）和美國(guó)空軍天文臺(tái)的射電太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。

頻譜儀主要用于觀測(cè)太陽(yáng)大氣射電輻射的寬帶動(dòng)態(tài)頻譜特征，國(guó)際上主要有我國(guó)懷柔觀測(cè)基地的太陽(yáng)射電寬帶動(dòng)態(tài)頻譜儀（圖3右）、法國(guó)ORFEES和捷克Ondrejov等。

圖3. 左圖是我國(guó)明安圖觀測(cè)基地三頻點(diǎn)太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡，右圖是懷柔觀測(cè)基地的太陽(yáng)射電寬帶動(dòng)態(tài)頻譜儀（圖源：譚程明攝）

由電波原理，天體輻射的同一束電磁波的電場(chǎng)具有相干特性，電場(chǎng)的空間相干函數(shù)與天體強(qiáng)度分布函數(shù)為傅立葉變換關(guān)系。英國(guó)劍橋大學(xué)的賴爾和休伊什利用這個(gè)基本原理在1950年代發(fā)明了綜合孔徑技術(shù)，并獲得了1974年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是一種具有高空間分辨率、高靈敏度的能夠成像的射電望遠(yuǎn)鏡陣列。太陽(yáng)專用的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡也稱為射電日像儀，可以較精確地觀測(cè)到太陽(yáng)射電輻射的空間分布信息。下列圖中分別列出了國(guó)際上目前正在運(yùn)行的可用于太陽(yáng)觀測(cè)的幾個(gè)著名的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。

圖4. 美國(guó)甚大陣VLA，共27面天線，Y型排列，單天線直徑25米，最長(zhǎng)基線36公里。用于觀測(cè)太陽(yáng)、恒星和銀河系等天體（圖源：百度）

圖5. 日本野邊山天文臺(tái)射電日像儀NoRH，84面天線，T型排列，單天線直徑80cm，最長(zhǎng)基線490米，太陽(yáng)專用望遠(yuǎn)鏡（圖源：http://solar.nro./norh/html/gallery/norh.png）

圖6. 歐洲低頻陣列LOFAR，是目前最大的低頻射電望遠(yuǎn)鏡陣列，可用于太陽(yáng)觀測(cè)（圖源：左圖谷歌地圖，右圖搜狐網(wǎng)）

圖7. 阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡ALMA，共64面口徑12米的射電天線，位于智利，歐洲、北美等多國(guó)共有，可用于太陽(yáng)觀測(cè)（圖源：百度）

圖8. 俄羅斯科學(xué)院位于高加索的RATAN-600望遠(yuǎn)鏡，直徑576米，由895個(gè)11.4*2米的拋物面帶型天線組成一個(gè)環(huán)形陣，主要用于太陽(yáng)觀測(cè)，具有非常靈敏的偏振測(cè)量能力（圖源：百度）

明安圖射電頻譜日像儀MUSER，由100面分列于三條阿基米德螺旋線的拋物面天線組成，最長(zhǎng)基線3.2公里。這是我國(guó)研制的、國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)在厘米-分米波段上同時(shí)以高時(shí)間、高空間和高頻率分辨率的觀測(cè)的新一代太陽(yáng)頻譜日像儀，首次形成太陽(yáng)能量釋放和初始傳播區(qū)的瞬間“三維”成像觀測(cè)，類似于給太陽(yáng)做快速CT。圖9左圖為三維模型圖，右圖為中心區(qū)天線陣。

圖9. 明安圖射電頻譜日像儀MUSER（圖源：左圖國(guó)家天文臺(tái)制作，右圖顏毅華攝影）

由于地球電離層的吸收作用，地基射電望遠(yuǎn)鏡是無(wú)法有效觀測(cè)到30MHz以下的低頻和頻率在50GHz以上的高頻太陽(yáng)射電爆發(fā)的，空間太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡可以突破大氣窗口的局限，對(duì)太陽(yáng)低層大氣爆發(fā)活動(dòng)的高頻射電輻射和在低頻段的太陽(yáng)爆發(fā)在行星際空間的傳播特征進(jìn)行觀測(cè)，例如國(guó)際上WIND衛(wèi)星搭載的WAVES低頻射電頻譜儀（圖10左）和我國(guó)在嫦娥4號(hào)中繼星上搭載的長(zhǎng)波探測(cè)器（圖10右）等。

圖10. 左圖為WIND飛行器，裝置有WAVES頻譜儀（13.8MHz—0.03MHz）。右圖是我國(guó)嫦娥4號(hào)中繼星，上面裝置有長(zhǎng)波探測(cè)器NCLE（80kHz-80MHz）（圖源：左圖https://wind./gallery.php，右圖百度）

太陽(yáng)爆發(fā)起源、日冕加熱、災(zāi)害性空間天氣預(yù)報(bào)等重大科學(xué)與應(yīng)用研究都依賴于太陽(yáng)元爆發(fā)機(jī)理、微耀斑物理、三維磁結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)特征的亞角秒空間分辨率、毫央斯基靈敏度的觀測(cè)，現(xiàn)有太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡均難以滿足這一需求。國(guó)際上目前在建的平方公里射電陣（Square Kilometer Array，縮寫為SKA)是一個(gè)巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列，將為太陽(yáng)射電天文學(xué)帶來(lái)新的機(jī)遇。

未來(lái)的太陽(yáng)射電望遠(yuǎn)鏡將在空間分辨本領(lǐng)、靈敏度、快速成像和抗干擾穩(wěn)定性能方面有更加驚人的突破。比如由多個(gè)大型甚至巨型望遠(yuǎn)鏡組成陣列，也可以利用衛(wèi)星和空間站組陣拓展基線，這將為天體物理研究及空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警提供更強(qiáng)力的工具！