用于星际分子合成与检测的傅里叶变换微波光谱仪的研制

Acquiring unique hyperfine rotational spectroscopic information of molecules, radicals and ions by using microwave spectrometers can provide key spectroscopic data and search guide for radio detection of new molecules in deep space. Nowadays, molecular astronomy involving the study of molecules in interstellar medium and circumstellar envelopes is experiencing slow development, which makes urgent requirements for instrumentation on rotational spectrometers with high operating efficiency and sophisticated auxiliary sample preparation techniques. In this project, a small Balle-Flygare type Fourier transform microwave spectrometer will be developed with the traditional high sensitivity and high resolution. The new spectrometer in the work frequency range of 1-40 GHz will be used to improve efficiency of the radio detection of molecules in deep space by systematic and fast identification of such molecules in laboratory. This spectrometer can also be used to explore the origin of life in the universe by simulating the synthesis of molecules in interstellar medium and circumstellar envelopes. The success of this project will vastly boost international research in the fields such as molecular astronomy and astrobiology, and fill the instrumentation gap in rotational spectroscopy in this country as well.

利用微波光谱仪获取分子、自由基和离子的特征超精细转动光谱信息能为深空新分子的射电探测提供关键性的光谱数据和搜索导向。以星际介质和星包周层中的分子研究为内容的分子天文学目前发展缓慢，亟需研制有高操作效率的实验室分子转动光谱测量仪器。本项目在保证传统仪器的分辨率和灵敏度的基础上，研制工作频段在1-40 GHz的小型窄带傅里叶变换微波光谱仪，提高仪器的操作效率和辅助制样能力，对深空中的潜在分子进行高效、系统的转动光谱研究，提高深空新分子的探测效率，模拟监控星际介质与星包周层中的分子合成途径，探究宇宙生命起源，促进分子天文学、天文生物学等研究领域的发展进度，并填补我国在相关领域仪器建设上的空白。

为了提供精准的转动光谱来协助射电探测深空中的分子、自由基和离子，本项目团队成功研制了基于法布里-珀罗腔的窄带傅里叶变换微波光谱仪的硬件和软件系统，并配置了高压直流放电装置、激光销蚀装置和激光光解装置来为光谱仪实时制样，用于在实验室对深空中的不稳定化合物进行高效和系统的转动光谱研究。本项目仪器工作频段覆盖1-40 GHz，单次扫描频宽约0.5 MHz，仪器分辨率可控制在10 KHz内，并应用了多脉冲自由感应衰减技术使仪器灵敏度达到0.1 ppb。在仪器研制期间，本项目团队共发表SCI收录论文6篇，培养了博士研究生1名，培养了硕士研究生6名，培养了本科生9名。此外，在国家自然科学基金的进一步支持下，本项目依托单位正在搭建全套的分子转动光谱测试分析平台。以上的仪器研制工作不仅可以填补我国在相关领域仪器建设上的空白，还将通过模拟深空中分子的合成途径来探究宇宙生命起源，从而促进分子天文学和天文生物学等国际研究领域的发展。