[论文解读] Radio astronomy in Africa: the case of Ghana

Bernard Duah Asabere, M. J. Gaylard+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 3

一句话总结

本文提出将加纳坤通塞的退役32米卫星通信天线改造为适用于单口径和甚长基线干涉测量（VLBI）观测的科学级射电望远镜。该望远镜配备C波段和L波段接收机，可实现连续谱流量测量、脉冲星监测、脉 maser 线光谱分析以及高分辨率VLBI成像，使加纳成为非洲新兴射电天文网络中的战略节点，并有望成为SKA第二阶段的候选台站。

ABSTRACT

South Africa has played a leading role in radio astronomy in Africa with the Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory (HartRAO). It continues to make strides with the current seven-dish MeerKAT precursor array (KAT-7), leading to the 64-dish MeerKAT and the giant Square Kilometer Array (SKA), which will be used for transformational radio astronomy research. Ghana, an African partner to the SKA, has been mentored by South Africa over the past six years and will soon emerge in the field of radio astronomy. The country will soon have a science-quality 32m dish converted from a redundant satellite communication antenna. Initially, it will be fitted with 5 GHz and 6.7 GHz receivers to be followed later by a 1.4 - 1.7 GHz receiver. The telescope is being designed for use as a single dish observatory and for participation in the developing African Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Network (AVN) and the European VLBI Network. Ghana is earmarked to host a remote station during a possible SKA Phase 2. The location of the country on 5 degree north of the Equator gives it the distinct advantage of viewing the entire plane of the Milky Way galaxy and nearly the whole sky. In this article, we present the case of Ghana in the radio astronomy scene and the science/technology that will soon be carried out by engineers and astronomers.

研究动机与目标

• 将加纳一处废弃的32米卫星通信天线改造成可运行的射电天文设施。
• 通过基础设施改造和技术培训，支持非洲射电天文学能力的发展。
• 使加纳融入非洲VLBI网络（AVN）和欧洲VLBI网络（EVN），实现高灵敏度、高角分辨率的观测。
• 为加纳未来可能在夸胡山脉地区建设SKA第二阶段阵列做好准备。
• 利用加纳赤道位置的优势，实现全天区及银河系平面的射电天文观测覆盖。

提出的方法

• 将位于坤通塞国际通信卫星地球站的退役32米卡塞格林天线改造为射电天文设施。
• 安装C波段（5 GHz）和L波段（6.7 GHz）接收机，未来计划增加1.4–1.7 GHz接收机。
• 配备宽带多通道辐射计用于连续谱流量测量，以及多通道脉冲星计时器用于计时观测。
• 使用窄带多通道光谱仪进行发射线光谱分析，特别针对羟基和甲醇脉 maser。
• 设计望远镜使系统等效通量密度（SEFD）低于800 Jy，满足加入全球VLBI网络的门槛要求。
• 计划通过在夸胡山脉400米×400米场址建设由30个单馈电天线组成的阵列，实现未来与SKA第二阶段阵列的集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 退役的卫星通信天线能否被有效改造为高灵敏度射电天文观测设备？
• RQ2 在赤道位置且可接入全球VLBI网络的条件下，32米单口径望远镜在加纳能实现哪些科学能力？
• RQ3 加纳望远镜的加入将如何提升VLBI成像的动态范围、校准质量和角分辨率？
• RQ4 加纳在非洲射电天文基础设施长期发展中可发挥何种作用，特别是在SKA项目背景下？
• RQ5 加纳靠近非洲海底光缆的地理优势在多大程度上可提升射电天文的数据传输与实时处理能力？

主要发现

• 经2011年3月和5月两次现场技术评估，确认加纳坤通塞的32米天线适合用于射电天文观测。
• 该望远镜预计可实现系统等效通量密度（SEFD）低于800 Jy，符合加入EVN和AVN等主要VLBI网络的资格标准。
• 配备C波段和L波段接收机后，该望远镜可利用标准射电源实现每日校准，并监测伽马射线爆发活动星系核（AGNs）。
• 该设施将支持长期脉冲星计时观测项目，包括检测跳变事件和快速射电暴源。
• 该望远镜将实现对星形成区域中羟基（1612、1665、1667、1720 MHz）和甲醇（6668 MHz）脉 maser 的光谱监测。
• 模拟研究已证明，将加纳望远镜加入全球VLBI网络将显著改善UV基线覆盖和成像保真度，尤其在赤纬+20°和-45°区域。