哇!“五百米口径球冠状主动反射球面射电望远镜” 什么东东?

7月3日上午10时许,在贵州省黔南布依族自治州州平塘县克度镇金科村“大窝凼”洼地,随着中国科学院国家天文台台长严俊一声令下,世界最大的单口径望远镜FAST的最后一块反射面单元在隆隆的鞭炮声中缓缓起吊,在完成了二次空中转接并用缆索吊下滑到指定位置后,被顺利安装在索网上。

FAST CHina (2)

*所谓大窝凼,就是一个大水坑,也被称作“天坑”,这里不通电线,最近一个乡镇在5公里外。

这标志着“观天巨眼”FAST的主体工程顺利完工!

FAST CHina (4)

中国正在经历新一轮科技大革命。从新型航天器发射到建造世界上最庞大的宇宙探索设备,2016年必将成为历史上值得记载的一年。

这大山深处,所到之处几乎都是成片不同植物组成的错落有致的绿色——喜马拉雅-云贵高原地区,是全亚洲众多植物的起源中心。

FAST的英文全称为“Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope”,汉语即“500米口径球冠状主动反射球面射电望远镜”。作为中国重要的大科学装置,FAST是中国“十一五”国家重大科技基础设施建设项目,旨在建造世界第一大单口径射电望远镜,以实现大天区面积、高精度的天文观测。

FAST CHina (1)FAST CHina (2)

FAST将大大提升中国空间探测能力

根据建设规划,FAST将被应用于寻找和研究宇宙中的脉冲星等方面。专家介绍,脉冲星就像天体物理实验室,可以研究一些特殊天体物理和宇宙演化现象。如果发现脉冲星与黑洞组成的双星系统,科学家可以利用脉冲星去研究黑洞周围时空。此外,脉冲星也是非常精准的时钟,对于深空探测具有重要意义。事实上,脉冲星、类星体、星际有机分子等重要天文发现都与射电望远镜有关。诺贝尔奖历史上明确基于天文观测的10项获奖成果中,有6项出自射电望远镜。此外,500米口径球面射电望远镜的建成使用,可以将我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系边缘,将为我国火星探测等深空研究奠定重要基础。

*射电天文学家就像是装备最高级的无线电爱好者,他们聆听的信号不是人造的,而是“天生”的,为接收更微弱的宇宙信号,也只有把天线锅造得更大。

  FAST射电望远镜到底有多牛?

独门绝技一:大口径 看得远

射电望远镜最重要的指标参数就是灵敏度。FAST的口径达到了世界之最——500米。理论上说,FAST能接收到137亿光年以FAST CHina (3)外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。

据中科院国家天文台副台长郑晓年介绍,FAST突破了射电望远镜的百米极限,相当于30个足球场那么大。在FAST建成以前,世上已存的最大射电望远镜有两个:一个是号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜,一个是被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜。FAST建成后,其灵敏度将比德国波恩100米望远镜提高约10倍,综合性能将比美国阿雷西博300米望远镜提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST有望在未来20~30年保持世界一流设备的地位。

一旦建成,就是人类迄今为止看得最远、看得最清的望远镜,许多人类探索宇宙的未解之谜,都有望从她身上找到答案。

独门绝技二:灵活自如的巨眼FAST CHina (3)

根据FAST的工作原理,当它观测天体时,会随着天体的方位变化,在其500米的球冠状主动反射面上实时形成一个300米直径的瞬时抛物面,并通过这个300米的抛物面来汇聚电磁波。形象地来说,如果把FAST比作一只巨大的眼睛,那么这只巨眼的眼球直径就有500米,而负责接收光线的眼珠直径就有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空。

有人说,如果今后一二十年里,地球接收到外星人释放的信号,那一定有FAST的功劳。

坏处是什么?最灵敏的天线相当于最娇弱的耳膜,轻声耳语也可能造成细微声处听惊雷。

独门绝技三:毫米精度

FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里,否则,就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构,处处都是头发丝般毫米级的精度要求。用来编织索网的7000多根手臂般粗细的钢缆,每一根的加工精度都被控制在一毫米以内;最终的500米口径的天线精度是三个毫米,每一块小面板的制造精度是1.5个毫米

*FAST工程自开工报告通过之日起已建设5.5年,预计还要建设大半年才能竣工,在此之前,已有长达13年的预研究时间。

*南仁东是提出并落实这一想法的第一拨科学家,作为他的学生和接力者,朱文白是第二拨参与进来的科学家。当时30岁不到的朱文白,还是一名刚刚毕业的天文学硕士生,就是被这个项目吸引,才投身天文事业。

独门绝技四:深空猎手

首先,FAST能够冲出银河系,寻找新星,特别是快速旋转、密度极高的脉冲星,FAST期望第一年就找到50-80颗银河系外的脉冲星。FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动,掌握星系之间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化。类似的道理,FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,搜索可能的星际通讯信号和外星生命。


图片与语文来源:原文1 原文2 原文3 


延伸阅读:四百年前,历史上第一架天文望远镜(口径4.2厘米,长约1.2米)在欧洲问世,这是天文学史上划时代的创举。聚光能力能达到肉眼的100倍左右。利用这架光学望远镜,伽利略观测了月球环形山、太阳黑子、木星的卫星等,获得一系列重大发现,打开了人类认识和探索宇宙的窗口。在过去400多年中,望远镜的制造技术有了突飞猛进的发展,光学镜片的口径最大已经达到了10米,比世界上第一台望远镜大了数万倍,集光能力随着口径的增大而增强,能够探测到更远更暗的天体。1990年,美国把哈勃望远镜发射到了太空,帮助人们首次窥探到宇宙深处的星系面貌,引领了天体物理研究的前沿。第二次世界大战以后,伴随着无线电技术的进步,射电望远镜脱颖而出。1963年美国在波多黎各建造了直径达305米的射电望远镜,顺着山坡固定在地表,是目前世界上最大的单孔径射电望远镜。1962年世界上首个综合孔径射电望远镜阵列建成,多个小望远镜组合起来获得相当于大口径单天线的集光能力,是望远镜发展史上的一个重大事件,发明人因该项技术获得了 1974年诺贝尔奖。中国射电天文起步相对较晚,经过近半个世纪的发展,已经在绕月探测卫星的精确测定轨中发挥了重要作用。现在,中国大型望远镜的建造也日新月异。2012年上海建成65米口径射电望远镜,综合性能位居世界前列。

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