射電望遠(yuǎn)鏡是捕捉來(lái)自太空微弱射電信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為天體圖像的儀器。為了清楚地觀察遙遠(yuǎn)的黑洞，多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡必須在完全相同的時(shí)間捕捉宇宙信號(hào)，共同工作。KAIST的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的參考信號(hào)技術(shù)，利用激光光束精確同步這些望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)時(shí)間和相位。

由機(jī)械工程系的金正元教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)——與韓國(guó)天文學(xué)與空間科學(xué)研究所、韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院以及德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所（MPIfR）合作——首次在全球?qū)⒐忸l梳激光直接應(yīng)用于射電望遠(yuǎn)鏡接收器。

該研究在期刊 Light: Science & Applications 上 發(fā)表。

光學(xué)頻率梳激光的工作原理

典型的激光只發(fā)出一種顏色（頻率），而光學(xué)頻率梳激光則發(fā)出成千上萬(wàn)種極為精確的頻率，這些頻率以規(guī)則的間隔排列。它的外觀像梳子的齒，因此得名“頻率梳”。

由于每個(gè)“齒”的頻率都是精確已知的，并且間隔可以精確調(diào)諧到原子鐘的水平，科學(xué)家把它稱作“光的超精密尺”。

解決VLBI中的相位對(duì)齊挑戰(zhàn)

非常長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）的核心在于一種技術(shù)，其中多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀察，關(guān)鍵是將每個(gè)望遠(yuǎn)鏡接收到的射電信號(hào)的相位對(duì)齊，就像將它們對(duì)齊到一個(gè)單一的精確尺一樣。然而，現(xiàn)有的電子參考信號(hào)方法存在局限；隨著觀測(cè)頻率的提高，參考信號(hào)本身會(huì)發(fā)生微小的振動(dòng)，導(dǎo)致精確的相位校準(zhǔn)變得困難。

作為回應(yīng)，KAIST研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種將光頻梳激光直接引入射電望遠(yuǎn)鏡的方法，基于“利用信號(hào)生成階段的光（激光）提高相位對(duì)齊精度”的理念。通過(guò)這種方法，他們成功地在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)解決了參考信號(hào)生成和相位校準(zhǔn)的問(wèn)題。

如果傳統(tǒng)方法就像用“帶振動(dòng)標(biāo)記的尺子，導(dǎo)致高頻下對(duì)齊相位困難”，那么這項(xiàng)新技術(shù)可以比作“用超精密尺子固定相位，利用極其穩(wěn)定的光”來(lái)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，他們?yōu)檫h(yuǎn)程射電望遠(yuǎn)鏡的互操作奠定了基礎(chǔ)，使它們能夠像一個(gè)巨大的望遠(yuǎn)鏡一樣精細(xì)工作。

驗(yàn)證與未來(lái)應(yīng)用

這項(xiàng)技術(shù)在韓國(guó)VLBI網(wǎng)絡(luò)（KVN）延世射電望遠(yuǎn)鏡的測(cè)試觀測(cè)中得到了驗(yàn)證。研究團(tuán)隊(duì)成功檢測(cè)到射電望遠(yuǎn)鏡之間的穩(wěn)定干涉圖樣（條紋），并通過(guò)實(shí)際觀測(cè)證明精確的相位校準(zhǔn)是可能的。最近，該系統(tǒng)還安裝在KVN SNU平昌射電望遠(yuǎn)鏡上，從而使多個(gè)觀測(cè)站能夠同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。

團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，這不僅將使黑洞的圖像更加清晰，還將大幅減少儀器之間的相位延遲誤差——這是 VLBI 觀測(cè)中長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。

這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅限于天文觀測(cè)。團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)它可以擴(kuò)展到各種涉及精確時(shí)空測(cè)量的先進(jìn)領(lǐng)域，例如

• 洲際超精密時(shí)鐘對(duì)比
• 空間大地測(cè)量
• 深空探測(cè)器跟蹤

金教授說(shuō)：“這項(xiàng)研究是一個(gè)典型案例，現(xiàn)有電子信號(hào)生成技術(shù)的局限性通過(guò)將光頻梳激光直接應(yīng)用于射電望遠(yuǎn)鏡而被克服。它將顯著有助于提高下一代黑洞觀測(cè)的精度，并推動(dòng)頻率計(jì)量和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的進(jìn)步?！?/p>

更多信息： 玄敏智等，光學(xué)頻率梳集成技術(shù)在射電望遠(yuǎn)鏡中的應(yīng)用：促進(jìn)信號(hào)生成和相位校準(zhǔn)，光學(xué)：科學(xué)與應(yīng)用（2026）。 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)符：DOI: 10.1038/s41377-025-02056-w