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“天眼”竣工!世界最强射电望远镜落户中国

时间:2016-07-04 整理:docExcel.net

FAST 射电望远镜

7 月 3 日,中科院国家天文台主持建设,位于贵州省平塘县大窝凼洼地的世界最大单口径射电望远镜 500 米口径球面射电望远镜(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope,简称 FAST)完成最后一块反射面单元的吊装。根据建设规划,FAST 将在 2016 年 9 月全部建成并初步投入使用,届时,FAST 成为世界上现役的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜。

FAST 的本体是由 4000 多块反射面板组成的半径 500 米球反射面,总面积约 25 万平方米,相当于 30 个足球场的大小。

中国拥有 FAST 的自主知识产权,相比于前辈射电望远镜,FAST 射电望远镜的创新就是主动接受电磁波。在主反射镜的每个面板上加入实时主动的控制技术,整个望远镜镜面是由很多块小面板拼成,通过主动变形技术实时把面板形成有效照明口径 300 米、焦比 0.4665 的旋转抛物面,增加观测范围。据专家介绍,FAST 的关键指标将对国际同类设备保持 20 年以上的领先水平。

多年来,中国科学家一直依靠国外的射电望远镜收集数据,也就是 二手 的观测数据。FAST 望远镜落成之后,中国科学家将有机会第一时间获取最新的数据,大大增强深空观测能力。

据了解,FAST 的首个应用科学研究是寻找和研究宇宙中的脉冲星。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,FAST 建成使用,还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,为我国火星探测等深空研究奠定重要基础。

同时,科学家还准备利用 FAST 超强的灵敏度,搜寻识别可能的星际通讯信号,开展对地外文明的搜索。

FAST 射电望远镜到底有多牛?有四大绝技

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。灵敏度越高,望远镜探测微弱无线电的能力越强。而要想提高灵敏度,就需要扩大射电望远镜的口径。FAST 的口径达到了世界之最 500 米。理论上说,FAST 能接收到 137 亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。

400 年前人类第一架天文望远镜的口径仅有 4.2 厘米,FAST 的口径是它的 12000 倍。与号称 地面最大的机器 的德国波恩 100 米望远镜相比,FAST 的灵敏度提高约 10 倍;与被评为人类 20 世纪十大工程之首的美国阿雷西博 300 米望远镜相比,其综合性能提高约 2.25 倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST 将在未来 20-30 年保持世界一流设备的地位,成为望远镜家族的掌门人。

独门绝技二:灵活自如的巨眼

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。

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。

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。寻找外星生命是所有望远镜的使命之一,也是科幻爱好者们关注的热点,探索宇宙志在深空,巨大而灵巧的 FAST,已经蓄势待发,奇迹与惊喜,就在眼前。

射电望远镜与射电天文学

千百年来,人类只是通过可见光波段观测宇宙,而自从发现了无线电之后,科学家意识到宇宙中天体的辐射覆盖了整个电磁波段。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃介质,因而通过观测射电信号可以帮助人类探知更遥远的未知宇宙。

20 世纪 60 年代天文学取得了四项非常重要的发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,被称为 四大发现 ,这四项发现都与射电望远镜有关。诺贝尔奖历史上基于天文观测的 10 项获奖成果中有 6 项都出自射电望远镜,可以说,现代射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。

射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大,有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜,有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜,有射电望远镜阵列,还有金属杆制成的射电望远镜。

世界著名射电望远镜

美国阿雷西博望远镜(ARECIBO)

美国阿雷西博射电望远镜位于波多黎各岛上的一座天然火山口当中,是目前世界上已建成的、最大单口径球面射电望远镜,其反射面口径为 350 米,曾出现在 007 系列电影中。波多黎各岛位于赤道附近,这个位置对于跟踪和观测行星、脉冲星和其他天体十分理想。

阿塔卡玛大型毫米波天线阵(ALMA)

阿塔卡玛大型毫米波天线阵位于智利北部的查南托高原,由 64 面口径为 12 米的射电天线组成,是多个国家的研究机构合作建造的大型射电望远镜阵列。这里海拔五千多米,是地球上气候最干燥的地区之一,非常适合毫米波天文观测。

德国埃菲尔斯伯格射电望远镜(Effelsberg)

埃菲尔斯伯格射电望远镜是目前世界上最大的全可动射电望远镜之一,位于德国波恩市西南方向约 40 千米的一个山谷中。这台望远镜的观测波段很宽,从 90 厘米到 3 毫米。其灵敏度和分辨率较高,率先在毫米波段观测到脉冲星的辐射,在射电星系、活动星系核、星际分子等的观测中也有上乘结果。

澳大利亚平方公里阵列射电望远镜

澳大利亚平方公里阵列射电望远镜(ASKAP)位于澳大利亚的默奇森地区,由 36 架碟形天线组成,每架天线的直径为 12 米。这一区域没有其他无线电信号干扰,可以清楚地接收到来自宇宙的信号。

中国上海佘山 65 米口径射电望远镜

中国上海佘山 65 米口径射电望远镜,是目前亚洲最大的可转射电望远镜,其主反射面面积达到了 3780 平方米,综合性能为亚洲第一、世界第四。它可以观测到 100 多亿光年以外的天体,在我国的嫦娥探月工程、火星探测等一系列重要的深空探测任务中都有它的身影。

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