近日，由哈佛-史密松森天体物理中心，西澳大学，韩国天文与空间科学研究所，上海天文台等全球二十个研究机构组成的国际天文学团队成功验证了一项名为"频率相位传递（FPT）"的突破性技术。该技术通过有效改正地球大气扰动效应，显著提升了事件视界望远镜（EHT）对极暗弱黑洞的观测能力，为下一代黑洞成像技术开辟了新的道路，相关成果发表于《天文学期刊》。

EHT是由全球多台射电望远镜组成的观测网络，通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术生成天文学领域最清晰的图像。这项将全球多台射电望远镜信号数字化合成为一个地球尺寸"虚拟"望远镜的技术，曾助力EHT团队完成人类历史上首张黑洞照片拍摄。除构建地球尺度望远镜的这一技术难题外，EHT还需穿过地球表面的湍流大气，这种大气扰动会干扰EHT望远镜收集的射电信号，限制成像的"曝光时间"，且观测波长越短，干扰影响越大，迫使EHT只能观测天空中最亮的几个天体。

研究团队联合位于西班牙内华达山脉韦莱塔峰的IRAM 30米射电望远镜、夏威夷莫纳克亚山的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）及亚毫米波阵列（SMA）三台望远镜，证实了利用同一时刻的3毫米波段的大气测量数据可显著提升1毫米波段观测质量。首次在目前最短的1毫米波段、距离达到地球直径的基线上成功验证了FPT技术的可行性。该技术现已开始在EHT合作的观测台站部署，将使这个全球望远镜阵列达到前所未有的灵敏度。这一突破为未来观测更暗弱的黑洞及其他天体提供了关键技术支撑。

图1. 参与FPT技术验证的三台望远镜（阵）：西班牙IRAM 30米望远镜（右）、夏威夷亚毫米波阵列SMA（左上）与詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜JCMT （左下）。三台站观测数据的干涉条纹分别在上海天文台和美国哈斯塔克天文台同时处理获得。图片由哈佛-史密松森天体物理中心提供。

上海天文台于2016年开始在该研究方向进行了前瞻性部署和技术攻关，利用FPT技术（和更进一步的源频相位参考技术）通过美国VLBI阵列在长毫米波段（13/7/3毫米）观测成功验证，获得多项有意义的科学观测成果，比如首次在3毫米波段实现对近邻暗弱活动星系核M81，M84等的成像，通过核移测量定位首张黑洞照片中M87黑洞的位置等。此外，上海天文台团队牵头撰写了基于FPT技术的下一代EHT（ngEHT）科学观测白皮书。目前，上海天文台正在积极推进天马望远镜长毫米波三频（13/7/3毫米）接收机的研制，预计2025年完成并加入全球多波段联测，并将多频接收机技术列为自主建设亚毫米波望远镜的关键技术。

尽管FPT技术显著提升了EHT灵敏度，其实施仍面临特殊挑战：望远镜必须能同时接收至少两个波段的信号。目前参与EHT的多数射电望远镜仅支持单一波长观测，这种"多色"协同能力尚不普及。此次FPT技术验证的成功，将推动全球EHT阵列加速部署多波段同时观测设备，这正是ngEHT及空间亚毫米波VLBI项目等升级计划的关键目标。

论文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/adbb55

扩展阅读：

https://shao.cas.cn/2020Ver/xwdt/kyjz/202111/t20211122_6267270.html

https://www.mdpi.com/2075-4434/11/1/3

科学联系人： 

江悟，jiangwu@shao.ac.cn

沈志强，zshen@shao.ac.cn

路如森，rslu@shao.ac.cn