12月11日，中國科學(xué)院紫金山天文臺“銀河畫卷”巡天計劃正式向全球公開釋放其首批毫米波分子譜線觀測數(shù)據(jù)。此次數(shù)據(jù)的公開釋放，是中國對世界天文學(xué)界的一項重要貢獻(xiàn)，標(biāo)志著我國在毫米波星際分子譜線天文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)領(lǐng)域，從“參與者”向“驅(qū)動者”轉(zhuǎn)變，也將進(jìn)一步推動天文研究的協(xié)同創(chuàng)新，對恒星形成、星系演化等前沿研究形成助力。

銀河畫卷C18O、13CO和12CO(1—0)數(shù)據(jù)合成的紅、綠、藍(lán)三色圖。圖中標(biāo)識了著名的恒星形成區(qū)或氣體結(jié)構(gòu)。不同密度環(huán)境下的大尺度氣體結(jié)構(gòu)和形態(tài)各異的分子云細(xì)節(jié)清晰可見。

銀緯±1度范圍內(nèi)銀河畫卷巡天與其它巡天的比較圖。上圖是銀河畫卷C18O、13CO和12CO(1—0)合成的RGB三色圖，表征不同密度的分子氣體環(huán)境;中圖是GRS巡天的13CO(1—0)積分強度圖;下圖展示了ATLASGAL(870微米，紅色)和Spitzer GLIMPSE(24微米，藍(lán)色)的合成圖，主要展示銀盤上塵埃的熱輻射。

為什么要進(jìn)行“巡天”？“銀河畫卷”有哪些重要意義？

“要探索銀河系的結(jié)構(gòu)、演變和起源，有很多辦法。由于廣泛分布在宇宙中的分子氣體云是恒星形成的基礎(chǔ)和原料，通過探測它們就能‘看’到恒星形成最初的樣子，了解它們從哪里來、怎么來，比直接觀測恒星更基礎(chǔ)、更本質(zhì)?！敝袊茖W(xué)院紫金山天文臺研究員楊戟介紹，用望遠(yuǎn)鏡觀察這些分子氣體云的過程，就叫“巡天觀測”，能像人口普查一樣摸清銀河系的“恒星家底”。在宇宙中，氫分子氣體云最普遍，但它本身發(fā)出的譜線發(fā)射強度較弱，不容易被毫米波望遠(yuǎn)鏡捕捉到，科學(xué)家便選用了一氧化碳分子這種譜線發(fā)射強度更高的“等價置換物”，來替代觀測。

位于青海德令哈的紫金山天文臺青海觀測站的13.7米口徑毫米波射電望遠(yuǎn)鏡

楊戟告訴記者，開展“巡天”觀測，國際上從上世紀(jì)70年代就開始起步。我國也在同一時期開始規(guī)劃，經(jīng)過技術(shù)、設(shè)備及人才的長期儲備，從2011年開始，紫金山天文臺的科研團(tuán)隊，依托位于青海德令哈的一臺自研13.7米口徑毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，開展了“銀河畫卷”巡天計劃。

中國科學(xué)院紫金山天文臺副研究員蘇揚介紹，這臺望遠(yuǎn)鏡的口徑為國內(nèi)最大，核心后端儀器“多波束超導(dǎo)成像頻譜儀”，還在2010年升級迭代，從“獨眼龍”變成擁有“9只眼珠”，可同步觀測9片視野、同時觀測12CO、13CO以及C18O三種同位素，加上采取了連續(xù)掃描方法，使觀測效率提升了近60倍，實現(xiàn)了高靈敏度、高分辨率精細(xì)巡天普查。

從2011年到2022年的一期巡天，覆蓋北天銀河系的“銀盤”附近，包括銀經(jīng)10—230度、銀緯±5度，約2300平方度天區(qū)，銀河系中約90%的物質(zhì)都分布在這個區(qū)域。科研團(tuán)隊通過探測星際一氧化碳分子氣體發(fā)出的毫米波信號，最遠(yuǎn)可以看到距離太陽系6萬光年的銀河系邊緣，累計獲取了超過1億條譜線數(shù)據(jù)。構(gòu)建了目前最完備的毫米波一氧化碳分子譜線“數(shù)據(jù)檔案”。在過去的3年中，科學(xué)家又對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，高精度描繪出了銀河系分子氣體的分布與結(jié)構(gòu)的“銀河畫卷”，為研究銀河系提供了前所未有的“三維星圖”。

蘇揚介紹，基于巡天數(shù)據(jù)，紫金山天文臺已取得了一系列重要成果。例如2015年，紫臺科研人員通過巡天普查，發(fā)現(xiàn)了位于銀河系外側(cè)最長的分子氣體旋臂，呈現(xiàn)360度環(huán)形——此前銀河系的“畫像”，主要依據(jù)觀測到的零星星系進(jìn)行推測，這是人類首次確定性“看”到了一條旋臂。

從2022年開始的二期巡天，將覆蓋更寬闊范圍，也將探索更特殊的天文現(xiàn)象，例如觀測近鄰恒星區(qū)域，為找到“第二個地球”提供更多樣本。

為何要公開釋放這些巡天數(shù)據(jù)？

“希望國內(nèi)外更多同行加入到一起探索銀河系奧秘的隊伍中。”蘇揚介紹，“銀河畫卷”首批公開釋放的數(shù)據(jù)，儲存在中國科學(xué)院的科學(xué)數(shù)據(jù)銀行，將進(jìn)一步推動天文研究的協(xié)同創(chuàng)新。比如，“銀河畫卷”數(shù)據(jù)將與FAST(500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡)、LHAASO(高海拔宇宙線觀測站)等國內(nèi)大科學(xué)裝置形成互補，助力對恒星形成、星系演化等的前沿研究，也彰顯出中國在天文基礎(chǔ)領(lǐng)域日益提升的支撐能力與國際合作價值。

（吳月輝 姚雪青）

編輯：萬林