射电天文发展报告

射电天文学科进展报告引言射电天文学为现代天文学做出了巨大贡献。上世纪六十年代天文学的四大发现，类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射，都是用射电手段观测到的。迄今有10项诺贝尔物理学奖授予天文学研究领域，射电天文学成就了其中6项，充分显示了这门新兴学科的强大生命力。以英国JordrellBank-76米、澳大利亚Parkes-64米、美国Aricebo-305米、德国MPIfR-100米和美国GBT-100米为代表的一批大型射电望远镜在国际上相继建成，射电干涉技术极大的提高了射电天文观测的分辨率和灵敏度，以美国甚大阵（VLA）、印度GMRT，英国MERLIN，美国的VLBA等综合孔径望远镜和欧洲的VLBI网（EVN）为代表的一批阵列构成并提供了不同的观测基线层次，以日本VSOP为代表射电干涉技术开始向空间发展。大型低频射电望远镜阵列LOFAR，21CMA，MWA等将为探测再电离时代高红移宇宙做出贡献。接收机方面，多波束技术和数字技术快速发展，使射电天文的观测效率和水平上了一个新的台阶。具有平方公里接收面积的SKA作为下一代米波和厘米波干涉阵，其核心科学目标雄心勃勃，前景令人鼓舞。美国NRAO-12米，欧洲IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望远镜的大量科学产出，德国APEX-12米我国的射电天文学发展迅速，研究力量主要集中在国家天文台总部、紫金山天文台、上海天文台和乌鲁木齐天文站等观测基地，以及北京大学、南京大学和北京师范大学等高校。研究方向主要布局于星系及活动星系核、分子谱线、脉冲星、射电天文技术等领域，还开展诸如探月工程VLBI测轨等深空探测研究。目前已建成了密云综合孔径望远镜、青海德令哈13.7米毫米波望远镜、上海佘山25米、乌鲁木齐南山25米、密云50米和昆明40米射电望远镜。国家天文台总部建立了大射电望远镜技术实验室，紫金山天文台建设了毫米波亚毫米波技术实验室，上海天文台建立了VLBI实验室。为适应我国射电天文学的发展，中国科学院在此基础上还成立了射电天文重点实验室。上海和乌鲁木齐的两台25米射电望远镜加入了EVN（欧洲VLBI网）和IVS（国际大地测量和天体测量VLBI网），成为国际一流设备的一部分。通过探月项目的实施，已初步建成国内VLBI网。这些设备虽然处于国际上的中、小水平，通过开展有特色的科研课题，做出了国际水平的研究成果，还为国家深空探测事业做出了贡献。以赶超国际天文界对宇宙黑暗时期的第一缕曙光的探测为目标，国家天文台在新疆建设了的宇宙原初结构探测的专用望远镜21CMA。国内各射电天文研究团组在充分利用国内现有的射电天文设备的同时，还争取世界上的先进的望远镜观测时间，在宇宙学、星系形成和演化、银河系结构、分子云与恒星形成、脉冲星等多个领域做出了在国际上有较高的显示度研究成果。为实现跨越式发展，中国天文界正着手建造世界最大的射电望远镜—500米口径球面射电天文望远镜FAST。FAST项目建设、科学目标的实现和发展是中国射电天文界未来10年内的最首要的任务。完善和高质量运行自主研制的射电望远镜，拓展国内已有望远镜的观测研究能力以及人才队伍的建设，是我国射电天文继续发展的基础。VLBI的建设是中国射电天文发展的重要方向。在探月VLBI网的基础上，建设中国VLBI网，将在天体物理、天体测量以及深空探测中发挥作用。将来应该利用国内外设备深入开展宇宙学、恒星形成和演化、脉冲星和活动星系核等多学科方向的课题研究，同时国内的实验室还要加强射电天文关键技术我国射电天文中长期发展规划的制定，需要研究国际射电天文领域的中长期发展趋势和目标，从实际出发，还要结合国家的战略需求。射电天文探索的前沿科学问题很广泛，涉及早期宇宙、大尺度结构、星系、恒星直至行星系统各个层次。一方面，中国应当有组织地、结合国际发展趋势和国内基础条件，积极参与国际射电天文项目（如毫米波综合孔径望远镜ALMA、SKA厘米波综合孔径望远镜SKA）的合作研发，使我国进入前沿领域。另一方面，应提出以我为主、有明确科学驱动的的大型设备项目。中国射电天文事业的蓬勃发展，需要全体同仁的共同努力。

国内外射电天文发展现状射电天文的历史以及国外射电天文近几年的发展和趋势1933年贝尔实验室的卡尔·央斯基第一次在22MHz发现并确认了来自银河系中心的射电辐射，标志着射电天文研究的诞生，在传统天文学的光学观测窗口之外打开了全新的窥测宇宙的窗口。在第二次世界大战以后，建造军用雷达而得到空前发展的微波通讯技术转移到射电天文学，推动了射电天文学的发展，陆续建成了一批大型米波和厘米波射电望远镜，如英国JordrellBank-76米、澳大利亚Parkes-64米、美国Arecibo-305米和德国Effelsberg-100米望远镜等。1962年Ryle在英国建造了世界上第一台综合孔径望远镜，并因此获得1974年诺贝尔物理奖。20世纪六十年代初在星际介质中观测到不同转动能级跃迁产生的分子谱线，分子天文学的奠基人Townes获1964年诺贝尔物理学奖。Hewish和研究生Bell在1967年发现了1.337秒精确周期的连续射电脉冲信号并断定它们来自理论预言的中子星，Hewish获1974年诺贝尔物理学奖。Taylor和他的研究生Hulse在1974年发现了第一颗脉冲双星，通过对它互绕周期衰减的长期检测间接证明引力辐射的存在，获1993年诺贝尔物理学奖。1965年Penzias和Wilson探测到了3K微波背景辐射，为宇宙暴涨模型提供了观测证据，获1978年诺贝尔物理学奖。1989年发射的COBE卫星精确地测定宇宙微波背景并为这一暗弱背景上~1/100,000的各向异性成像，显示了宇宙原初的物质分布扰动。Mather和Smoot因此获2006年诺贝尔物理学奖。迄今有10项诺贝尔物理学奖授予天文学研究领域，射电天文学成就了其中6项，充分显示了这门新兴学科的强大生命力。射电天文学还发现了21厘米HI线、星际非热辐射、射电星系、相对论性喷流、引力透镜、黑洞证据、原星系70年代干涉技术也得到了长足发展，陆续建成了英国剑桥5km、荷兰莱顿大学威斯特波克（Westerbork）综合孔径、美国NRAO的甚大阵（VLA）、澳大利亚ATCA阵、英国MERLIN阵等。80年代以来，欧洲的VLBI网（EVN）、美国的VLBA阵、日本的VERA和空间VLBI（VSOP）相继投入使用，这些新一代射电望远镜在分辨率、灵敏度和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。毫米波射电天文学也在70年代得到了快速的发展，当时已建成的毫米波望远镜共有约30台，其中为分子天文学做出巨大贡献且迄今还在运行的有：美国的NRAO-12米、瑞典Onsala-20米、美国五大学FCRAO-13.7米以及IRAM-30米和日本NRO-45米等毫米波望远镜。从80年代后期开始又陆续建成了美国BIMA和OVRO、欧洲PdBI以及日本NMA等毫米波干涉阵。接收机技术从最初的常温Schottky到80年代后期低温超导SIS技术的迅速发展把射电天文推向了最后一块处女地：亚毫米波，并陆续建成了CSO-10米、JCMT-15米、SEST-15米1990年以来天体物理前沿课题正沿着三个方向推进新的望远镜计划：（1）向更大望远镜口径发展，建造极高灵敏度的米波-厘米波望远镜，观测暗物质和暗能量，检测引力波等；（2）实施进一步的空间计划，摆脱部分大气吸收的限制，同时提高甚长基线干涉的分辨率，研究天体的精细结构；（3）建造巨型毫米/亚毫米波阵，加强红外与射电之间的纽带，研究恒星，星系演化，分子云内部的物理机制。国际上70、80年代建成的望远镜，如美国Arecibo和VLA、英国MERLIN、澳大利亚的ATCA等都投巨资进行更新改造。新的大型射电望远镜，如印度GMRT、美国GBT100米、荷兰LOFAR等相继开光。GMRT建成于1999年，是由30架直径45米的抛物面天线组成的巨型米波段射电天文望远镜，工作在50至1420MHz的六个频段并支持双偏振。最大空间分辨率为2角秒。其集光面积为目前VLA的3倍，在327MHz的灵敏度为VLA的8倍，在其工作频段内堪称目前世界上最强大的射电天文望远镜。它的主要科学目标是探测宇宙早期星系形成之前的原星系团或原星系中的高红移（z～3－10）的中性氢线和搜寻并研究银河系中快速旋转的脉冲星。以探测再电离时代高红移宇宙为主要科学目标，射电天文也返回到低频波段。LOFAR，21CMA，MWA等都是基于这样的概念发展的新一代大型低频射电望远镜阵列。工作波段在10-240MHz范围。目前，LOFAR和21CMA都已经开始收集数据。GBT100米望远镜作为国际上最大的全可动单口径射电望远镜，2000年正式运行以来，已经在脉冲星和星际化学等方面有一流科学产出，比如发现了转速最快的脉冲星（716Hz）、在银心处发现巨大的射电瓣等日本在VSOP后，又提出VSOP-2计划，并于2007年7月正式立项。VSOP-2天线具有较大的天线口径（9米直径），更高的工作频率（8，22和43GHz），更宽的数据记录（256MHz），并采用制冷的低噪声接收机，从而将分辨率和灵敏度都提高了10倍，分别达到40微角秒和10-20毫央斯基，可同时进行双偏振观测和相位参考观测。与新一代的X射线和伽马射线卫星相结合，可以用于研究活动星系核的辐射机制；通过偏振观测研究喷流中的磁场结构；研究近邻星系中的喷流的形成和准直以及超大质量黑洞周围的环境；对河内脉泽和河外巨脉泽源开展最高的空间分辨率观测研究（因为延长基线长度是提高谱线观测角分辨率的唯一办法）等。参见http://www.vsop.isas.jaxa.jp/vsop2/。另外，即将升空的SOFIA机载天文台和Herschel空间天文台上也都搭载了相应的亚毫米波谱线与连续谱设备。正在智利北部Atacama高原建造的计划于2012完成的ALMA是一个大型的国际合作毫米亚毫米波干涉阵。欧洲和美国建造50面12米天线，日本建造12面7米和4面12米天线组成的致密阵ACA。最长基线达14km，工作频率为30－950GHz，分辨率可达10毫角秒（详见/）。ALMA无疑是射电天文乃至整个国际天文界在下一个10年里最为重要的大项目之一，它将可能会对从行星系统到星系形成等各个天体物理层次的前沿研究带来革命性的影响。为了最大程度上挖掘ALMA的潜力，欧、美以及日本等都进行了先导研究。德国和日本分别在智利建造了APEX-12米和ASTE-10米两架单天线亚毫米波望远镜，其中APEX已开始运行并有科学产出。另外还有南极SPT-10米、LMT-50米和计划中的CCAT-25米等。美国2003年投入正式运行的SMA作为ALMA之前世界上唯一的亚毫米波阵，最长基线500米，工作频段在150-900GHz之间，最高分辨率在0.5-0.1角秒之间。由BIMA和OVRO的共15架天线合并组建的CARMA毫米波阵也于2006年正式运行，在230GHz的最高分辨率达0.1角秒。2004年ATCA完成升级改造后工作在到最短3毫米波段，成为南半球第一座毫米波阵。平方公里接收面积的射电阵SKA作为下一代米波和厘米波干涉阵，频率覆盖为70MHz-25GHz，分布在至少3000公里半径范围，目标是将目前运行的干涉阵的灵敏度提高两个量级，并实现连续谱源、谱线源以及变源的大视场巡天(详见/)。SKA将在五大核心科学项目取得突破性进展：（1）生命烛光，包括原行星盘成像和寻找地外生命的无线电信息；(2)探测宇宙黑暗纪元(DarkAges)，包括第一代发光天体的形成和对星系际介质的再电离(EpochofReionization，EoR)；（3）宇宙磁场起源和演化；（4）利用脉冲星和黑洞检验强引力场理论；（5）星系演化、宇宙学和暗能量。为实现SKA，美国的探路设备ATA望远镜（350个6.1米望远镜阵）已经部分（42个）通光，澳大利亚、南非都在做探路设备，计划用45个（南非100个）12米天线构成一个干涉仪阵列，澳大利亚项目经费已经到位，预计2012年完成。另外，前端与终端设备的技术发展带动了射电天文学的前沿飞跃。目前单个接收机的噪声水平都已经很低（如毫米波/亚毫米波接收机的噪声水平都已接近量子极限），没有太多的提升空间，但多波束阵列接收机大大提高成图观测效率，使得大样本和大尺度巡天观测能够有效实施。Parkes的13波束接收机成功发现的大量脉冲星，包括特别能够快速检验相对论的双脉冲星系统和一种间隙脉冲星以及磁星的射电辐射，使得引力论等几方面的物理研究取得突破进展；JCMT的连续谱阵列接收机SCUBA所发现的亚毫米波星系也是充分发挥多波束的无偏巡测功能的最好例证。几乎所有的大望远镜均已配备或正在研制阵列接收机。如Arecibo的L-波段多波束接收机，NRO-45m的25波束BEARS，FCRAO-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等焦面阵。超导HEB热电子混频接收机的发展解决了SIS技术的高频局限，并于1998年首次应用于HHT-10米，成功获得首张猎户座大星云的太赫兹CO谱线分布图。另外，基于FPGA和高速FFT的宽带高分辨率偏振频谱接收后端从国外大型射电设备的发展历史及思路不难看出其中的关键脉络：①科学驱动；②与其他波段设备发展的有机结合；③挑战新技术。射电望远镜和接收机技术的每一次长足的进步都会毫无例外地为射电天文学的发展树立新的里程碑。2．国内射电天文的现状和近几年的发展a)．国内的射电天文设备和实验室现状20世纪60年代，我国的射电天文学研究起步时，只有一些观测太阳射电的小型设备。在老一辈天文学家的不懈推动和努力下，相继建成了一批射电望远镜，包括：北京密云综合孔径射电望远镜，青海德令哈13.7米毫米波射电望远镜，上海佘山25米射电天文望远镜，乌鲁木齐南山25米射电望远镜。因为射电天文的技术发展需求，上海天文台建设了VLBI实验室，紫金山天文台建设了毫米波亚毫米波技术实验室，国家天文台总部建立了米波射电天文实验室并在后来发展成为大射电望远镜技术实验室。为充分发挥国内射电天文设备的观测效益，促进射电技术的发展，在各台站及其实验室的基础上，中国科学院还成立了射电天文重点实验室。倚重这些实验室的技术支持，国内的所有射电望远镜作为观测基地为我国天文学家提供了有力的观测支持，为现在和将来的射电天文发展提供了坚实的基础，为我国射电天文学与国际接轨提供了一个平台。比如，国家天文台从85－95年利用米波综合孔径望远镜对北天区进行了系统的米波232MHz巡天，并培养了大量射电天文人才。其射电天文的深厚基础最近被用于国家重大战略需求，建造了北京密云50米和云南昆明40米口径射电望远镜。国家天文台的大射电望远镜技术实验室一如既往长期不懈，十几年来为推动我国大望远镜建设竭尽全力，终于迎来了国家对500米孔径大射电望远镜（FAST）的立项[1,2]。上海佘山25米射电望远镜是我国最早用于VLBI观测研究的天文设备，目前的工作波段有18、13、6、3.6和1.3厘米，是国际VLBI网（EVN，IVS，APT，LFVN等）的重要成员。在过去的20多年中，佘山25米射电望远镜组织和参加了大量的国际VLBI联测，是世界上首个空间VLBI（VSOP）观测计划的主要地面站之一。佘山25米射电望远镜可开展和正在开展的课题概括为VLBI技术及其在天体物理、天体测量和天文地球动力学中的应用等。利用VLBI观测了活动星系核致密结构，与澳大利亚等国合作完成了近赤道河外耀变源的5GHzVLBI巡天观测研究。目前主要承担EVN和IVS组织的天体物理和天体测量观测以及由上海天文台倡导并组织的亚太地区空间地球动力学APSG观测，并参加其它（如APT和东亚VLBI）的国际合作观测，监测亚太地区的地壳运动，已成为国际天文地球动力学研究的重要基地。单次实验拟合残差约40ps，处于国际先进水平。佘山25米射电望远镜最近还用于探月和卫星地面监测，负责轨道监测和数据接收。上海天文台VLBI实验室是以发展VLBI技术为主要目标的技术实验室。VLBI实验室研究领域涉及微弱信号的高灵敏高相位稳定接收和检测、高速宽带数字终端、VLBI相关处理、e-VLBI、时间频率等技术和方法，重点开展了VLBI技术在深空探测领域的应用研究，承担国家探月工程等深空探测任务，完成了时频系统的研发，以及探月工程中的硬、软件相关处理机、MK4格式器等设备的研发，正在研制数字基带转换器（DBBC）、e-VLBI等VLBI设备和系统。紫金山天文台青海德令哈13.7米毫米波望远镜目前是我国毫米波段射电天文观测的唯一设备。近年来，应用了天线副面主动控制、锁相调制信号接收、三维波束测量与定位，结构倾斜测量等技术，提高了天线指向跟踪精度，改善了光学系统的成像质量及波束效率，显著提高了望远镜的性能和工作效率。2002年开始使用的3毫米波段多谱线接收系统，使望远镜数据产出率实现了量级的提高[3]。该技术工作获得国家2006年科技进步二等奖。该望远镜能进行CO等谱线及连续谱的观测，可以开展和正在开展包括星际分子云、恒星形成区分子气体分布观测研究、高光度冷红外源和大质量恒星形成区的样本观测，云-云碰撞天体研究、MSX、Spizter(GLIMPSE)源的证认、高速外向流、UCHII区、Arecibo巡天发现的甲醇脉泽源的CO分子谱线证认、SiO脉泽、原行星状星云、超新星遗迹与宇宙射线源、分子云核的高激发谱线观测，以及河外星系的分子谱线观测等课题。最新研制的1GHz带宽的多Bit数字FFT频谱仪具有宽带、高分辨率、高动态范围和稳定性、以及系统可重构等特点，为紫金山天文台毫米波亚毫米波技术实验室是我国开展毫米波亚毫米波接收技术研究的主要单位。近几年主要开展基于超导SIS隧道结和超导HEB热电子混频器件的外差混频（相干探测）技术研究[10]及其在射电天文望远镜上的应用，在毫米波亚毫米波超导接收技术研究领域基本处于国际前沿水平。分别为青海得令哈13.7米毫米波望远镜和POST亚毫米波望远镜研制了超导SIS接收机；通过合作分别为SMA亚毫米波天线阵研制了600-GHz频段超导SIS接收机和ALMA计划第八波段超导SIS混频器，性能处于国际领先水平，并达到ALMA计划规定的技术指标。在国内首次开展超导HEB热电子混频技术研究，在国际上率先实现了基于4-K闭环制冷环境的低温实验，实现了2.7THz的混频实验，为国内最高频率的太赫兹探测器。乌鲁木齐南山25米射电望远镜，可以在92、49、30、18、13、6、3.6和1.3厘米等8个波段开展VLBI观测，也是国际VLBI网（EVN，IVS，LFVN等）的重要成员。在单天线观测方面建立了256通道320MHz带宽脉冲星消色散终端系统、4096通道80MHz带宽自相关频谱仪为核心的分子谱线终端系统，6厘米波段的偏振观测系统等。南山25米射电望远镜可开展VLBI天体物理，天体测量，测地学，航天器定轨及地球空间环境的VLBI观测研究等。作为单天线观测可开展脉冲星脉冲到达时间、辐射特性和星际闪烁研究；厘米波分子谱线研究；射电暂现源研究；射电源流量监测和偏振巡天研究等。乌站射电天文实验室装备了微波和数字天文实验室仪器设备，实验室掌握了厘米波制冷接收机的研制技术、脉冲星消色散终端的研制技术和射电望远镜面板精度的全息法测量等。2006年建成的北京密云50米口径和云南昆明40米口径射电望远镜将主要承担我国绕月探测工程CE-1（嫦娥一号）卫星下行的科学数据接收任务和CE-1的VLBI测轨工作，工作波长是13和3.6厘米。VLBI测轨系统由上海天文台VLBI数据处理和调度中心和上海佘山、北京密云、云南昆明和乌鲁木齐南山等4个VLBI观测站联网构成，将参与完成“嫦娥一号”除发射段外的各个轨道段的测轨任务，这是世界上首次将VLBI技术实时用于航天工程。曾在2006年利用ESA的绕月卫星进行了定轨VLBI测量，实验观测结果达到预期目标。这四个观测站与上海的相关处理中心将组成中国的VLBI观测网，发展成可在多个厘米波段独立进行天文观测研究的VLBI网，提高我国自身的VLBI天文研究和应用能力。为赶超国际天文界对黑暗世纪的第一缕曙光的探测，在新疆建设了的宇宙原初结构探测的专用望远镜21CMA，是世界上最早投入“宇宙第一缕曙光探测”的专用低频射电望远镜阵列。21CMA由长度分别为2.74＋6公里和4.1公里的东－西和南－北两条基线组成，最高空间分辨率可达2角分。21CMA共有阵列81组计天线10287面，每面天线均固定在地面并永久指向北极，使天线的指向不图1：FAST总体示意图为实现跨越式发展，中国天文界正着手建造世界最大的射电望远镜。2007年7月国家批准在贵州建造500米口径球面望远镜(Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope，简称FAST，见图1)。国家天文台FAST实验室针对FAST科学目标、主动反射面、宽带馈源、馈源仓指向与跟踪、测量与控制、天线总体电性能以及电磁兼容性等问题进行了深入研究与关键技术实验。可以开展和正在开展的课题有，射电望远镜多学科选址、主动反射面特别是动态索网成型技术、柔性支撑并联机器人定位、远距离高精度动态测量、传感器网络及智能信息处理、多波束低噪声接收机技术、微带阵列天线技术、天线制造、超宽带信息传输、海量数据存储与处理、强时变非线性系统控制等。2005年，FAST实验室用在北京密云建成了FAST50米整体模型，并于2006年成功检测到了银河系中的中性氢国内射电天文研究队伍状况和前沿课题以及取得的成绩我国的射电天文学发展迅速，国内的射电天文研究力量主要集中在国家天文台总部、紫金山天文台、上海天文台和乌鲁木齐天文站等观测基地，以及北京大学、南京大学和北京师范大学等高校。在充分利用国内现有的射电天文设备的同时，还积极通过竞争争取世界上最先进的望远镜观测时间，在许多射电天文研究领域都做出了有较高显示度的工作。下面针对各个层次天文目标（行星和太阳系、恒星和脉冲星、星系和星系核、星系团和宇宙学）和多学科交叉（包括地球动力学和探月轨道定位）的射电天文课题做简要介绍。行星和太阳系：国内这方面的工作较有限，北大研究小组目前在推进与行星形成有关的原行星盘-星周盘的研究,探讨大质量恒星的原行星盘。太阳和太阳系的射电研究参见太阳专业委员会的报告。恒星和脉冲星：紫台、北大、南大、国台、北师大、乌站和上海台等的研究组开展了对恒星形成区分子气体与尘埃的多波段观测研究。紫台的一个国际研究小组成功探测到围绕一个大质量年轻恒星“BN天体”周围的吸积盘，确定了大质量恒星通过吸积过程加以形成的机制，结果发表在英国《自然》杂志上[4]；北大小组观测发现了国际上首例既有内流又有外流的早期源核心JCMT18354-0649S，成为大质量恒星形成过程与小质量星类似相同的强烈证据；北京师范大学的射电天文研究主要包括演化晚期恒星星周包层的分子脉泽（如SiO、OH脉泽）及其在银河系运动学的应用以及恒星形成区的分子谱线的观测，发现了大量新的脉泽源，细致研究了某些具有特色的恒星形成区的动力学特征。乌站小组正在开展银道面星际氨分子（1，1）和（2，2）反演线的无偏巡天观测。上海台、南大及紫台的小组利用对河内脉泽源的VLBI观测研究银河系大尺度结构；在利用脉泽源观测确定银河系旋臂结构和动力学方面，由上海台与南大的研究人员共同参与主持的国际合作，用美国甚长基线阵VLBA，观测银河系英仙臂大质量分子云核中的甲醇分子脉泽，并采用太阳和地球的距离为基线的三角视差方法，获得了有史以来人类天体绝对距离测量的最高精度，解决了在天文学里银河系漩涡结构中离太阳最近英仙臂距离的长期争论，其结果有力地支持了银河系密度波理论。研究结果发表在美国《科学》杂志上并展现在其封面上[5]。北大小组对脉冲星、夸克星等方面的理论和观测研究具有长期积累，培养和带动了国台和乌站的脉冲星研究小组，开展了对脉冲星及其超新星遗迹的观测和应用研究。理论方面注意到逆Compton散射过程在脉冲星磁层中的重要性，并建立了脉冲星的ICS辐射模型；另外还提出了“射电脉冲星是裸奇异夸克星”新概念，进而研究了奇异星的形成、磁场、吸积等一系列天体物理问题，并给出夸克星存在的若干天体物理后果及可能的观测证据。乌站脉冲星观测研究[6]开展的课题包括脉冲星脉冲到达时间（包括自转特性、时间噪声、周期跃变、自行等）观测研究、脉冲星射电多波段辐射特性（包括脉冲星平均轮廓特性、频谱、单个脉冲特性、巨脉冲等）观测研究、星际闪烁观测研究和银河射电暂现源观测研究。在脉冲星周期跃变、辐射特性以及星际闪烁三个方面取得国际水平的观测研究成果。国台包括乌站、高能所和国家授时中心等正在进行脉冲星自主导航应用方面的前瞻性研究。国台的研究小组[7]利用国际一流望远镜观测对银河系中脉冲星进行了大量的偏振观测，建立了银河系的整体磁场模型，首次给出了银河系银晕磁场强度的定量估计，此项研究成果获2007年国家自然科学二等奖；国台人员还对超新星遗迹进行了大量的射电观测和多波段研究，在国际上也有相当的影响。星系和星系核：紫台的小组开展了关于星系的形成和演化的多波段观测，用HCN测量近邻星系中的高密度分子氢，并和从远红外定标得到的SFR比较得到了新的恒星形成定律；最近又利用VLA首次在亚毫米波星系SMMJ16359+6612中探测到HCN(1-0)发射，并发现高红移星系中稠密气体单位质量恒星形成率较高；国台、上海台和乌站开展了对活动星系核和射电星系的VLBI偏振观测和VLBI（包括空间VLBI）巡天等的多波段观测研究[8]，探索中央黑洞、吸积盘、射电喷流性质以及喷流对星系演化的影响。国台和乌站还先后进行了关于射电变源的监测，发现了新的IDV源。上海台小组对银河系中心大质量黑洞开展了一系列的观测及研究，包括高（时间和空间）分辨率的毫米波VLBI观测，多历元的长期流量变化的监测以及多波段频谱测量等。经过8年的研究，利用美国甚长基线阵VLBA最终获得了世界上第一张3.5毫米波长SgrA*的高分辨率图像，为迄今最接近该黑洞的“射电照片”，这一研究成果刊登在英国《自然》杂志上，配发的专题评述认为“这些观测提供了SgrA*即是黑洞的有力证据”[9]。星系团和宇宙学：国台的研究人员一方面通过理论研究，数值模拟，数据分析等，在对宇宙暗物质和暗能量本质的研究方面获得国内外同行的相当高的评价；另一方面将利用21CMA观测探测高红移时代宇宙，揭示宇宙从黑暗走向光明的变迁时期。上海交大的研究小组开展了关于星系团的低频射电研究。天文地球动力学和探月定轨：通过测定上海VLBI站到其它国家VLBI站之间的相对运动，检测出佘山站每年8毫米的向东运动。佘山25米射电望远镜分别于1996年、1998年和2006年参与了俄罗斯的金星雷达VLBI试验、三次火星环球勘探者号的VLBI定位观测和“惠更斯号”土星探测器降落到土卫六的监测，均获成功。二、国内射电天文的近中期发展趋势和目标国内射电天文今后几年可能的仪器发展和科学课题带动中国天文研究可以粗分为九大学科领域：宇宙大尺度结构、暗物质和暗能量、星系形成和演化、天体高能和激发过程、恒星形成和演化、太阳磁活动和日地空间环境、天文地球动力学、太阳系天体和人造天体动力学、空间天文观测手段和空间探测、天文新技术和新方法。国内射电天文发展迅速，在宇宙学、星系演化、银河系磁场、脉冲星和星际分子等领域的研究都在国际上有较高的显示度。随着我国综合国力的不断增强，中国射电天文学进入了一个新的发展时期。为实现跨越式发展，中国天文界正着手建造世界最大的射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜FAST。FAST项目建设、科学目标的实现和发展成为中国射电天文界未来10年内的最首要的任务。FAST的建成，将为科学家提供众多的发现与突破机遇。它有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，重现宇宙演化图像。观测暗物质和暗能量，寻找第一代诞生的天体。预计，FAST能用一年观测时间发现约7000颗脉冲星，有希望发现亚毫秒脉冲星（夸克星），发现中子星—黑洞双星系统，根据开普勒定律最简单直接地证实黑洞的存在。精确测定毫秒脉冲星到达时间，检测引力波。作为最大的单元加入国际甚长基线网VLBI，为双星系统和太阳系外行星系统成像，进入遥远星系活动核心的未知领域。高灵敏度的FAST还可能发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破。使用FAST探测微弱HI质量函数，从而揭示邻近宇宙中的中性氢分布，冲击失踪伴星系之谜。寻找发现由于气体密度低而未能形成恒星的“黑暗星系”，从而解开暗晕子结构之谜。利用FAST对大尺度结构进行巡天观测，巡视107个星系，获得质量功率谱。根据目前射电天文的基础，我们可以预计，在2015年，国内射电天文研究团队在FAST核心科学项目上可以取得明显的成绩。另外，FAST在国家重大需求方向有重要应用价值。把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务。作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地面观测；跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。VLBI的建设是我国射电天文发展的重要方向。在探月VLBI网的基础上，建设中国厘米波段VLBI网。对上海和乌鲁木齐VLBI系统进行升级改造，使其保持国际先进水平；2006年建设的北京密云和云南昆明两台射电望远镜，已配备S/X波段接收设备和VLBI记录终端；我国VLBI网可进行S/X波段的联测。建议在2010年以前，为北京和昆明站研制C和L波段接收机；届时使中国VLBI网的四台站共同具有四个工作波段（S、X、C、L）的观测能力。将来在贵州建成的FAST也将加入VLBI观测，将在天体物理、天体测量以及深空探测中的发挥作用。围绕FAST等一批重大工程的建设，开展相关的高灵敏度、低噪声接收技术、宽带高速数字信号处理技术研究。同时开展数字化宽带接收机、宽带DBBC、新一代宽带多台站相关处理机等设备以及适用于我国射电天文研究工作的数据处理软件包的研制，将拓展我国VLBI网的观测研究能力。随着高速网络e-VLBI的进一步发展，可带动高灵敏度VLBI观测研究和对一些突发或捕捉性的目标进行快速e-VLBI观测研究，可跟进开展相关研究课题。在上海天文台VLBI相关处理机研制基础上，计划在2010年前将相关处理机能力扩展为10台站；同时发展软件相关处理机。在VLBI天体测量领域，研究中国大陆现代板块运动，参加国家大地测量控制网建设。国内VLBI网将参与国家探月2、3期工程和火星探测等深空探测工程。根据深空探测器的测定轨需求,研究VLBI高精度测角、定位的技术和方法；开发、研制VLBI高精度测角设备和系统。随着VLBI向高频方向发展，毫米波VLBI成为一个重要课题。配备适当的VLBI终端设备和高精度时频标准后，13.7米毫米波望远镜能够成为全球毫米波VLBI网(GMVA)内的一个标准观测站，在未来的天文观测和科学应用中发挥作用。分子谱线观测研究领域，德令哈13.7米望远镜观测能力将得到进一步提高。面向大样本和巡天观测的需要，结合新的技术发展，设计的波束“超导成像频谱仪”将是我国多波束射电天文探测器研制中的一个突破。该接收机投入使用将使13.7米望远镜的探测能力再一次实现量级的提高。超导成像频谱仪在毫米波望远镜上投入应用后，将对大尺度分子云结构和演化、银河系局域恒星形成率、银道面星际介质分布与银河系结构、超新星遗迹、近邻星系中的分子气体分布与恒星形成等方面的研究课题提供一个重要的观测设备。利用已有的25－50米级射电望远镜，巡视脉冲星，发现稀有品种脉冲星。在脉冲星观测研究方面，乌站25米射电望远镜将继续扩展观测研究领域，密云50米望远镜将进入观测研究阶段，昆明40米望远镜正在着手相关观测的启动。在脉冲星研究国际合作协议框架下两台望远镜计划建立1GHz带宽的DFB脉冲星数字化终端系统，提高观测灵敏度和消色散能力。乌站25米射电望远镜将实现多个波段高精度脉冲到达时间观测研究，密云50米射电望远镜将在脉冲星搜寻方面发挥重要作用。发展相干消色散技术，通过终端设备的数字化对脉冲星偏振以及对毫秒脉冲星观测研究，进一步扩展我国脉冲星观测研究领域。未来10年将致力于脉冲星脉冲到达时间阵的建立，深入开展脉冲星时间基准和导航应用研究项目和引力波探测的研究。乌站25米射电望远镜拟开展的氨分子银河系巡天课题，将是国际上首次对银道面进行氨分子的无偏巡天，提供银河系高密气体成分的分布结构和物理性质的重要信息；可以研究弥漫分子云到分子云核演化的大尺度规律、分子云核到原恒星演化的大尺度规律以及研究孕育年轻恒星巨分子云大尺度结构和它们的物理性质等。密云50米射电望远镜可以在中性氢和分子谱线观测方面发挥重要作用。在观测宇宙学领域，国家天文台在新疆建立了21厘米阵（21CMA），被英国《自然》杂志列在国际四大EoR探测设备的首位。高红移中性氢21厘米线的观测将提供宇宙第一代发光天体诞生以及宇宙早期物质分布和演化的重要信息，取得宇宙再电离时期的初步结果需要三年到十年的时间。利用该设备还可开展新概念被动雷达的研究。在射电天文技术层面，射电天文界首要任务是按期完成FAST项目的建设。FAST项目涉及众多高新科技领域，为人才培养提供了丰富选题，如动态索网成型技术、柔性支撑并联机器人定位、远距离高精度动态测量、传感器网络及智能信息处理、多波束低噪声接收机技术、微带阵列天线技术、天线制造、超宽带信息传输、海量数据存储与处理、强时变非线性系统控制等。要开展广泛国际合作，完善和高质量运行自主研制的射电望远镜，研制密云50米和昆明40米单天线的射电天文终端；高质量运行密云50米、昆明40米单天线望远镜，新疆21CMA以及中国VLBI系统。积极发展射电波段的超高灵敏度相干和非相干探测技术，大规模焦面成像技术，以及宽带高分辨率信号处理技术。在我国已有天线上发展和运用多波束馈源、相位阵馈源技术，提升射电望远镜运行效率和质量。积极发展适合于空间应用的射电天文关键技术，如大口径低温制冷（可展开）天线技术、高灵敏度探测技术、毫K量级低温制冷技术等；积极发展射电天文用核心器件（如MMIC宽带半导体器件、基于SOI和beam-lead技术的半导体和超导探测器件、高速数据处理芯片等）的制备技术及制备条件。研制长期持续相关处理机，发展软件相关处理机。国内射电天文今后几年可能发展的主要研究方向、研究力量和重点布局人才是事业成功的关键。建设大设备，如FAST，需要人才；使用大设备，做出一流的科学研究结果，更需要人才。射电天文的发展，不仅需要一流的天文研究人才，还需要在观测设备和基地运行、设备技术更新发展等方面配备一流的技术人才。今后几年，所有的研究项目和技术项目，都要重视人才的培养，以适应我国射电天文未来发展的需求。一方面，继续加强国内各天文台站的技术力量和研究力量，另一方面，积极扶持全国所有可能高校（比如贵州大学）兴建射电天文的研究力量，并加强他们与各天文台站的学术联系。我国分子谱线研究力量主要分布于紫台、乌站、南大、北大、北师大、上海台和广州大学等单位。紫台考虑将毫米波VLBI作为重点布局，与上海天文台的VLBI团队，全面推进中国的VLBI研究。乌站计划与南大，紫台，美国哈佛史密松紧密合作以氨分子银河系巡天研究为重点课题，同时进行水脉泽和甲醛脉泽搜寻以及一氧化硅脉泽的观测研究等。各高校希望充分利用国内已有的射电望远镜资源，开展多种分子谱线观测研究课题。北大天文系将以河内恒星形成为核心运用微波、亚毫米波，开展原行星盘即星周盘的研究。在研究演化晚期至恒星死亡过程方面，搜寻“再生”毫秒脉冲星的冷尘埃物资及盘的碎片。北师范大天文系计划在恒星演化早期和晚期分子谱线研究方面继续发展。上海台利用高精度VLBI谱线测量探讨星周脉泽的抽运机制。实际上，谱线研究已经扩展到星系层次。北大天文系在黑洞、活动星系核等方面研究活跃，已开始运用分子谱线。广州大学与国外合作进行河外脉泽源的研究。脉冲星研究在我国已经有相当的基础和一定的国际影响，也是将来FAST建设之后的首选重点课题。主要研究力量分布在国台北京总部、乌站、北大，其他一些高校如清华、华中师范大学、广州大学、西南大学等也有一些研究力量。国内的脉冲星观测将来可能要以乌站25米和密云50米望远镜为先行铺垫，训练团队，以高精度脉冲到达时间观测研究的实现为重点课题。将来FAST建设起来，可能要在脉冲星搜寻方面突破。注意到在脉冲星时间基准和导航应用研究课题方面，国台（包括乌站）与国家授时中心、高能所已经有方向性项目进行前瞻性研究。看起来，脉冲星研究所需要的后端设备，包括配备于25米50米和将来FAST上的设备，应该由各研究团队协调共同推进，避免重复和浪费。在脉冲星理论研究方面，鼓励高校（如北大、南大、科大、华中师大、广州大学等）百花齐放，在中子星内部结构、脉冲星辐射机制、脉冲星形成和演化等方面壮大理论研究的力量 活动星系核研究与VLBI的建设密不可分。我国现有的50米40米及两个25米的天线目前已经构成一个厘米波VLBI网，将来FAST的加入更在灵敏度上冲到国际领先地位。注意到VLBI的国家战略需求总是有相应的经费保证和必备的人员支持，而奇缺的确是VLBI天体物理领域的研究人才。目前VLBI的研究队伍主要在上海天文台，在乌站、南大、紫台、国台也有一些小组。要加强活动星系核致密结构和射电喷流的观测研究和谱线VLBI观测，培养大量能够使用VLBI设备的人才，同时考虑仪器设备向毫米波波长挺进，研究内容趋向黑洞周围的吸积盘物理的理解，将对活动星系核致密结构和射电喷流的高分辨率VLBI观测与其它波段（如伽玛射线卫星GLAST等）的观测相结合，研究活动星系核的统一模型、中央能源和辐射机制、磁场、喷流的形成和准直机制射电天文与高技术的结合是非常紧密的。目前国内的各天文台站均有相当大技术力量和技术储备，比如，紫台在毫米波、亚毫米波接收技术已经进入国际前沿水平，在ALMA等国际大型设备的研制中得到体现和应用，应当充分发挥这些优势技术；上海台在VLBI的各项技术都有相当长期的积累；乌站和上海台掌握了低噪厘米波接收机技术。今后要加强射电天文关键技术的研究和实验室的发展，在超导探测技术、VLBI相关处理技术、低噪声接收技术等方面合理布局，加强投入，并使这些技术与已有设备的更新发展以及与未来建议的发展项目之间保持有机的联系，使每一个新上的项目有技术保障、每一块发展的技术有应用的舞台。国内射电天文的中长期发展趋势和目标（2015-2025）其实对于整个天文学的挑战在于设计一个有战略意义的和协调发展的计划，以使科学产出、技术发展、教育和拓展都在短期内最大化，同时为将来打下基础。因此我们应该认真研究国际射电天文领域的中长期发展趋势和目标，进而制定我国相应的中长期发展趋势和目标，并积极鼓励国内射电天文界较早地参与国际研究计划。射电天文探索的前沿科学问题很广泛，可能要依赖不同的仪器发展取得突破点。在各天体层次都有非常前沿的课题，在近10年不能利用现有设备实现突破。比如：行星： 行星系统如和形成？这可能与宇宙中生命起源关系重大。目前望远镜的分辨率和灵敏度都不够，要等到ALMA、EVLA、SKA才可能有所作为。恒星： 大质量恒星如何形成？恒星的初始质量函数IMF由什么决定？星团如和形成？这些都是星系演化的数值模拟中必须的信息。恒星演化后的致密天体是检验强场引力物理（比如引力波）的重要场所，发现致密天体及其双星系统可能是探索新物理的重要途径。星系：星系是何时、怎样形成的？银河系的形成与演化？银河系结构，距离的精确测定。超大质量黑洞的形成与演化如何？星系团：星系团的起源与演化实际上可以看成是星系形成和宇宙结构形成的一个重要方面，尤其是对于那些通常在星系团环境中的大质量椭圆星系。作为下一代的干涉阵望远镜SKA将能够在最高的红移处研究星系团的射电环境。中等红移的星系团中以及其周围气体的性质可以通过HI的测量加以研究。另外SZ效应的射电和毫米波观测将能够把星系团介质中的电子压力和激波物理以及重子质量等有机地联系起来。宇宙学：宇宙学要回答的基本问题是：宇宙如何诞生、如何演化？最终命运又如何？“暗能量”与“暗物质”是由什么组成的？宇宙的“黑暗时代”发生了什么？CMB的深入研究对其中第一个问题给出了越来越清晰的答案，在PLANCK升空之后下一代的CMB计划应该着眼于探测大尺度结构引力透镜的极微弱偏振信号，并最终探测到暴涨结束时所产生的引力波印记。欧洲未来20年计划中的专门用于测量微弱的CMB偏振的卫星发射之后才可能会在这一点上有所突破。事实上继宇宙微波背景研究的高潮之后，未来十年宇宙学研究的筹码已经投掷给了对宇宙的黑暗时代和再电离时代的探测，即宇宙第一缕曙光的寻找以及对“暗能量”和“暗物质”性质的研究。其中“暗能量”的研究手段之一是需要借助于SZ效应的观测，而“暗物质”在宇宙中分布的重要探测手段之一是对大样本的引力透镜系统进行射电成像。射电天文技术的其他战略应用：由于21CMA恰好处在低频射电波段，而且射电天文观测总是通过被动的接收方式进行，所以，由21CMA所发展的技术将对被动雷达的研究提供重要试验基础，发展低频被动雷达对国防有着非常重大的意义；射电天文最高频段的太赫兹技术可能为国家安全做出贡献。具有超宽频带大量频率通道极高时间分辨率的宽带高速频谱仪是脉冲星技术设备的基本技术，可能用于各种信号检测监听场合。上述课题有一些可以通过积极参与国际射电天文项目的合作研发，使我国进入前沿领域。随着设备越来越大，国际合作将成为一种显然的趋势。由于射电天文的特点（如跨地区的VLBI)，射电领域的国际合作已经深入人心。今后，提高国际合作项目中的投入比重是一种合理的选择。在未来10-20年内，中国应当有组织地、结合国际发展趋势和国内基础条件，积极参与ALMA、SKA和南极天文等国际合作。ALMA毫无疑问是今后天体物理研究的重要平台，它将对从星系形成到行星系统的各个天体物理层次的前沿研究起到举足轻重的作用。

然而，中国射电天文学还是有自己的梦想和追求。比如目前有人提出：积极推进我国毫米波VLBI的中长期发展计划的同时，青海毫米波天线配备VLBI设备，争取在国家天文台在西部（西藏）的新台址建口径为30－60米的毫米波/亚毫米波VLBI站，建设我国的毫米波VLBI网。力求在热点目标有所突破，例如银心黑洞的成像等。开展空间与月基VLBI，并考虑建设空间毫米波VLBI网络，发射4-6台2米级亚毫米波天线构成空间毫米波VLBI阵（SMVA）。通过精确地设计轨道，使其任何两空间天线间的距离和基线的方向都可根据需求变化，以获得较好的(u,v)覆盖，实现对天体成图的目的。这些天线甚至可以和SMA及ALMA联网观测。构成地－空毫米波VLBI阵，这将大大提高观测的灵敏度（ALMA的威力）和进一步提高观测的分辨率。考虑月球的射电宁静度，建立我国的月基射电天文台。考虑到国内正在大力推进太赫兹技术的研究和应用，射电天文领域应积极准备太赫兹频段（亚毫米波至远红外）的地面和空间科学计划。在西部建造80/100米全天可动短厘米波射电望远镜，并配备多波束接收机和宽带数字化终端系统，与FAST共同形成较完整的互补的观测系统，将使我国在脉冲星监测、银河系结构、恒星形成和演化、特殊天体