图片: DesiBoy101 / Wikimedia Commons, CC BY 4.0 (已裁剪)
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巨型米波射电望远镜位于浦那以北约80公里的霍达德(Khodad),由塔塔基础研究所建造,是由三十面45米口径天线组成的阵列。国家射电天体物理中心称它是世界上米波波段最大的射电望远镜,它的脉冲星数据进入了2023年6月29日公布的欧洲与印度联合成果。
巨型米波射电望远镜(GMRT)有三十面天线,每面口径45米,设在浦那以北约80公里处。运营它的是塔塔基础研究所(TIFR)下属的国家射电天体物理中心(NCRA),中心称它是世界上工作在米波波段的最大射电望远镜。它的数据进入了2023年6月29日公布的欧洲与印度脉冲星计时成果,该成果报告了存在微弱引力波背景的证据。
天线排成一个Y字。十四面挤在约1公里见方的中央广场里,另外十六面沿三条各约14公里长的旋臂排开。天文台2025年12月的状态文件给出的基线,也就是两面天线之间的距离,从100米到25公里。望远镜位于霍达德(Khodad),在浦那至纳西克公路上的纳拉扬冈(Narayangaon)以东约10公里。
为什么要建米波望远镜,为什么选这片田野
在150 MHz,也就是GMRT最初的频率之一,射电波的波长约2米。天文台自己的说明称,项目选这一段频谱,是因为在印度,人为造成的无线电干扰按其说法要低得多。说明还称,世界上还没有哪个大型设施是为利用这些波长而建的。
霍达德这个站址是在全印度范围内寻找后选定的。GMRT页面列出的标准是:人类活动造成的无线电噪声低,交通通信便利,附近有工业和教育机构,纬度在地磁赤道以北足够远,电离层相对平静,同时仍能看到大片南天。
这30面天线作为一台仪器工作。全部435对天线的信号经过数小时相乘,使阵列能成出相当于一面25公里口径的单天线那样清晰的图像。最初的设计用了50至1,420 MHz之间的六个频段。
绳索桁架和金属丝网
实心的45米天线又重又吃风。GMRT团队用的是他们称为SMART的设计,意为“绳索桁架上的张拉网”(Stretch Mesh Attached to Rope Trusses)。细不锈钢丝绳拉在16个管状钢制抛物线框架之间,张紧成一片平面小块拼成的镶嵌,近似抛物面。反射面由直径0.55毫米的不锈钢丝网构成,中心部分网格为10乘10毫米,往外为20乘20毫米。
天文台说,这一设计大大减小了风力,使45米GMRT天线所受的力和力矩与常规22米天线相近。它给出的天线重量约80吨,另有40吨的配重,立在15米高的混凝土塔上。IEEE在2021年3月30日为天文台颁发了里程碑铜牌,记载整个项目在印度构想、设计和制造,驱动和伺服系统来自与孟买巴巴原子能研究中心的技术合作。IEEE的申请材料还说,GMRT是最早用光纤而不是无线电链路传送望远镜信号的射电天文台之一。
斯瓦鲁普的团队和时间线
戈文德·斯瓦鲁普(Govind Swarup)1963年应霍米·巴巴之邀来到TIFR,巴巴本人的经历见我们的原子能计划一文。他的团队建造了乌提射电望远镜,NCRA的历史页面说它建成于1969年。NCRA的讣告说,他在1984年至1996年构想并主持了GMRT的设计与建设,1987年出任项目主任,1993年成为NCRA首任中心主任。他2020年9月7日去世。
IEEE里程碑页面给出了建设记录。征地在1990年完成,1991年开工。第一面天线1993年竖起,1994年完成首次出光观测。到1995年,30面天线全部立起。对天体的试观测从1996年初开始,当年得到第一幅高质量射电星系图像。例行观测1997年开始,GMRT在2001年10月宣布向全世界的天文学家开放。
各来源对开始运行的时间说法不一。NCRA的历史说,望远镜“went into routine operation in 2000”(2000年进入例行运行)。NCRA的亚什万特·古普塔(Yashwant Gupta)等人2017年的论文说“since its commissioning in 2001”(自2001年投入使用以来)。IEEE页面用的是1997年例行观测、2001年10月国际开放。这是不同的里程碑,各来源的日期按其原话给出。
NCRA说,有来自25个以上国家的天文学家使用这台望远镜。2017年的论文统计,每年约有40篇使用GMRT数据的同行评议论文,其中约一半的首席研究员来自印度,其余来自约30个其他国家。
2019年的升级
最初的接收机只覆盖有限的频段,最大带宽为32 MHz。一次大升级最早在2007至2012年规划期提出,把瞬时带宽提高到400 MHz,并用宽带接收机取代了旧频段。天文台2025年12月的文件列出其中四个:120至250 MHz、250至500 MHz、550至850 MHz和1,000至1,460 MHz。文件说,升级后的GMRT(uGMRT)自2019年3月起用全部30面天线工作。
升级的日期因来源而异。IEEE页面给的是2012年至2018年,NCRA主任亚什万特·古普塔在2023年新闻稿中的话则是2013年至2019年。2017年的论文预计灵敏度最多提高到三倍。
GMRT测过什么、追踪过什么
2010年4月至2012年3月,GMRT在150 MHz进行了TIFR GMRT巡天观测。因特马(Intema)等人2017年在《Astronomy & Astrophysics》上的论文说,第一次替代数据发布覆盖约36,900平方度,大致占天空的90%,在7西格玛阈值下提取出约62万个源。
2023年,阿尔纳布·查克拉博蒂(Arnab Chakraborty)和尼鲁帕姆·罗伊(Nirupam Roy)报告,用uGMRT以5西格玛的显著度探测到一个红移1.3的星系在21厘米谱线上的氢发射,对应约90亿年前。他们的摘要称,这是迄今对单个星系氢发射探测到的最高红移。一个前景椭圆星系起到引力透镜的作用,放大了信号。
2016年10月19日,GMRT监听了欧洲航天局的斯基亚帕雷利(Schiaparelli)着陆器下降到火星的过程。ESA在着陆前的博客里把GMRT信号称作一种“nice-to-have”(锦上添花)的实时观察。ESA 2016年10月20日的页面说,GMRT早期的信号显示下降的大部分步骤都按计划进行,GMRT和ESA的火星快车(Mars Express)接收到的信号都在着陆前不久中断。
脉冲星当时钟
脉冲星计时是GMRT明确列出的目标之一。天文台的目标页面说,对一组脉冲星(像灯塔一样闪烁的高速自转中子星)进行精确计时,有可能探测到来自极早期宇宙的微弱引力辐射背景。
这个方法之所以可行,是因为从脉冲星到地球之间经过的引力波会改变它脉冲到达的时间。这个效应极小。2023年新闻稿说它不到百万分之一秒,而单颗脉冲星的时钟本身就有不规则性。所以天文学家同时监视许多脉冲星,寻找在天空中共有的图案。新闻稿说,所涉引力波的振荡周期为一到十年,比LIGO在2015年首次探测到的引力波慢约100亿倍。LIGO和计划中的LIGO-India这类公里级探测器感知的是黑洞并合的短暂爆发,脉冲星阵列找的则是一阵持续不断的嗡鸣。
GMRT的贡献在于它的低频。新闻稿说,脉冲星信号会被脉冲星和地球之间的介质扭曲,这种扭曲在400 MHz附近测得最好,新闻稿称uGMRT在这一频率是当前世界上最灵敏的射电望远镜。印度脉冲星计时阵(InPTA)由NCRA的巴尔·钱德拉·乔希(Bhal Chandra Joshi)创立,用uGMRT在两个频段同时观测毫秒脉冲星。它2022年发表的第一次数据发布,给出了14颗毫秒脉冲星的到达时间,观测时间为2018年至2021年,频率为300至500 MHz和1,260至1,460 MHz。
2023年6月29日的论文
据InPTA的新闻稿,欧洲脉冲星计时阵(EPTA)和InPTA在2023年6月29日宣布成果,发表在《Astronomy & Astrophysics》的两篇论文里。EPTA的第二次数据发布涵盖25颗毫秒脉冲星。搜寻论文把它与两个团队都计时的十颗脉冲星的InPTA数据合并。论文报告,在完整的24.7年欧洲数据集里有存在背景的边缘性证据,在10.3年的子集里有约3西格玛的证据。加入印度数据后结果一致,噪声建模也更好。一篇配套论文发现这一信号与超大质量黑洞对的群体相符,并不支持它来自超轻暗物质的说法。
InPTA新闻稿说,这一分析用了世界上六台最大射电望远镜在25年间收集的脉冲星数据,其中包括三年多的uGMRT数据。InPTA联盟主席、TIFR的A. 戈帕库马尔(A. Gopakumar)在新闻稿中说:“this is the first time that an Indian telescope’s data is used for hunting gravitational waves”(这是第一次用印度望远镜的数据来搜寻引力波)。古普塔说,这类高精度脉冲星计时是这次升级的科学目标之一,第一批成果几年内就来了。
另有三个合作组同时公布了结果。北美的NANOGrav团队在67颗脉冲星中发现了与引力波预期的赫林斯-唐斯(Hellings-Downs)图案相符的相关性,报告的显著度因检验不同约为3至4西格玛。新闻稿点名的另外两个是澳大利亚(PPTA)和中国(CPTA)的阵列。
印度数据集单独显示了什么
InPTA自己的第二次数据发布涵盖27颗毫秒脉冲星、七年的数据。它2025年6月发布的第一篇论文,报告了迄今最精确的一批色散量估计,色散量衡量的是脉冲星信号在到达地球途中穿过的自由电子。2026年8月3日发布的一篇搜寻论文,是首次仅用InPTA数据对背景所作的独立搜寻。它得到共同信号的贝叶斯因子为2.5,没有显著探测。它给背景振幅设定的95%上限,比运行时间更长的阵列报告的振幅高出约一个数量级。论文中的模拟表明,要恢复一个共同信号,至少需要10年的基线。数据发布论文说,数据集的一部分正在并入国际脉冲星计时阵第三次数据发布。
资料来源与延伸阅读
- GMRT, NCRA-TIFR: Introducing GMRT
- GMRT, NCRA-TIFR: Goals of the GMRT
- GMRT, NCRA-TIFR: The GMRT, System Parameters and Current Status (15 December 2025)
- GMRT, NCRA-TIFR: Observatory home page
- National Centre for Radio Astrophysics: History
- National Centre for Radio Astrophysics: Govind Swarup (1929 to 2020), obituary
- IEEE Milestones: Giant Metrewave Radio Telescope, 1994 (dedicated 30 March 2021)
- IEEE Milestone proposal: The Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), Pune, India
- Gupta et al., The upgraded GMRT: opening new windows on the radio Universe, Current Science 113(4), 25 August 2017
- Indian Pulsar Timing Array: press release, embargoed to 29 June 2023
- Indian Pulsar Timing Array: project page
- Antoniadis et al., The second data release from the European Pulsar Timing Array III: search for gravitational wave signals, A&A 678, A50 (2023)
- Antoniadis et al., The second data release from the European Pulsar Timing Array IV: implications for massive black holes, dark matter and the early Universe
- Agazie et al. (NANOGrav), The NANOGrav 15-year Data Set: evidence for a gravitational-wave background (2023)
- Tarafdar et al., The Indian Pulsar Timing Array: first data release, PASA (2022)
- The Indian Pulsar Timing Array Data Release 2: I. Dataset and timing analysis (arXiv, 20 June 2025)
- The Indian Pulsar Timing Array Data Release 2: III. Search for a stochastic gravitational wave background (arXiv, 3 August 2026)
- Intema et al., The GMRT 150 MHz all-sky radio survey: first alternative data release TGSS ADR1, A&A 598, A78 (2017)
- Chakraborty and Roy, Detection of HI 21 cm emission from a strongly lensed galaxy at z~1.3 (MNRAS, 2023)
- European Space Agency: Ontcijferen gegevens afdaling Schiaparelli begonnen (20 October 2016)
- European Space Agency, Rocket Science blog: We are listening, Earth tracking the Schiaparelli lander on 19 October
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