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“追”到宇宙的邊緣捕捉天外的聲音

中國(guó)“觀天巨眼”創(chuàng)世界第一

500米口徑球面  近30個(gè)足球場(chǎng)面積的反射面拼接

2016-07-04 18:20:27　來(lái)源: 大眾日?qǐng)?bào)(濟(jì)南)

FAST建成前,世上已存的最大射電望遠(yuǎn)鏡有兩個(gè):一個(gè)是號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡,一個(gè)是美國(guó)阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡。FAST靈敏度將比德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡提高約10倍；與阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡相比,綜合性能提高約2.25倍。

據(jù)新華社貴陽(yáng)7月3日電位于貴州黔南州平塘縣大窩凼的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)的最后一塊反射面單元3日成功吊裝,這標(biāo)志著FAST主體工程順利完工。這只“觀天巨眼”預(yù)計(jì)于今年9月全部竣工,開(kāi)始探索宇宙深處的奧秘。

記者在FAST工程大窩凼臺(tái)址現(xiàn)場(chǎng)看到,隨著FAST工程總經(jīng)理、中科院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)嚴(yán)俊一聲令下,最后一塊反射面單元緩緩起吊,在完成了二次空中轉(zhuǎn)接并用纜索吊下滑到指定位置后,被順利安裝在索網(wǎng)上。

 FAST工程總工藝師王啟明介紹,4450塊反射面板單元是FAST望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分。2015年8月,FAST反射面單元吊裝工程開(kāi)始施工。經(jīng)過(guò)11個(gè)月的艱苦奮斗,在克服了大尺度、高精度的拼裝施工難點(diǎn)以及跨度大、位置高等吊裝施工難題后,近30個(gè)足球場(chǎng)面積的反射面由一塊塊反射面單元逐漸鋪設(shè)完成。

據(jù)介紹,FAST突破了射電望遠(yuǎn)鏡的百米極限,它擁有30個(gè)足球場(chǎng)大的接收面積,與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,靈敏度提高約10倍。它將在未來(lái)10至20年保持世界一流設(shè)備的地位。

中科院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)鄭曉年表示,FAST建成后將成為中國(guó)天文學(xué)研究的“利器”。它將可能搜尋到更多的奇異天體,用來(lái)觀測(cè)脈沖星,探索宇宙起源和演化、星系與銀河系的演化等等,甚至可以搜索星際通訊信號(hào),開(kāi)展對(duì)地外文明的探索。

 

【探秘“深眼窩”】

為什么要選貴州天坑?

　　打開(kāi)衛(wèi)星地圖,貴州平塘縣的地貌好似布滿褶皺的大象皮膚。再提高分辨率,就能看到大大小小的“漏斗”——天坑群。其中有一個(gè)就是科學(xué)家尋覓十載為這個(gè)最大望遠(yuǎn)鏡找的“家”。天文學(xué)家在思考:如何利用天然的洼地作為支架,建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡。

　　1993年,包括中國(guó)在內(nèi)的10國(guó)天文學(xué)家提出建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”的倡議,旨在回溯原初宇宙,解答天文學(xué)中的眾多難題。1995年底,射電“大望遠(yuǎn)鏡”中國(guó)推進(jìn)委員會(huì),提出了利用貴州喀斯特洼地建造球反射面的“喀斯特工程”概念。

　　此后,科學(xué)家們?cè)诋?dāng)?shù)鼐用竦膸椭��?SPAN lang=EN-US>,跋山涉水勘察選址。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選,最終在平塘縣克度鎮(zhèn)找到了“大窩凼”——最適合碩大“天眼”的深深眼窩。

　　FAST項(xiàng)目饋源支撐系統(tǒng)總工程師孫才紅告訴記者,選址“大窩凼”有三方面原因,一是地貌最接近FAST的造型,工程開(kāi)挖量最小；二是這里的喀斯特地質(zhì)可以保障雨水向地下滲透,不會(huì)在表面淤積而損壞和腐蝕望遠(yuǎn)鏡；三是射電望遠(yuǎn)鏡需要一處“靜土”,“大窩凼”附近5千米半徑之內(nèi)沒(méi)有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),無(wú)線電環(huán)境理想。

　　“FAST周圍三座山峰呈三足鼎立之勢(shì),每座距離都在500米左右,中間的洼地猶如一個(gè)天然的鍋架,剛好穩(wěn)穩(wěn)地盛下FAST這口‘大鍋’�！睂O才紅說(shuō)。

數(shù)千科學(xué)家、工程師和建設(shè)者深扎山谷,用近兩千個(gè)日日夜夜精雕“眼窩”、勾勒“眼底”、密布“神經(jīng)”、點(diǎn)睛“眼珠”,靠智慧頭腦和精湛技藝雕琢出深邃“天眼”。

 

【解讀】并不只是大一圈……

FAST,能有多強(qiáng)大?

理論上,它能看到宇宙邊緣

　　射電望遠(yuǎn)鏡最重要的指標(biāo)參數(shù)就是靈敏度。靈敏度越高,望遠(yuǎn)鏡探測(cè)微弱無(wú)線電的能力越強(qiáng)。而要想提高靈敏度,就要擴(kuò)大射電望遠(yuǎn)鏡的口徑。FAST的口徑達(dá)到了世界之最——500米。理論上說(shuō),FAST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào),這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。

　　400年前人類第一架天文望遠(yuǎn)鏡口徑僅4.2厘米。與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,FAST的靈敏度提高約10倍；與被評(píng)為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國(guó)阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡相比,其綜合性能提高約2.25倍。作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡,FAST將在未來(lái)10-20年保持世界一流設(shè)備的地位,成為望遠(yuǎn)鏡家族的掌門人。

眼珠,又大又靈活

　　根據(jù)FAST的工作原理,當(dāng)它觀測(cè)天體時(shí),會(huì)隨著天體的方位變化,在其500米的球冠狀主動(dòng)反射面上實(shí)時(shí)形成一個(gè)300米直徑的瞬時(shí)拋物面,并通過(guò)這個(gè)300米的拋物面來(lái)匯聚電磁波。

　　科學(xué)家們形容它是一座“觀天巨眼”。而這只巨眼負(fù)責(zé)接收光線的眼珠直徑有300米。FAST就是靠這個(gè)巨大靈活的眼珠來(lái)匯聚電磁波、觀測(cè)深空。

毫米級(jí)精度,心細(xì)如發(fā)

　　FAST的設(shè)計(jì)目標(biāo),是把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào),聚集在藥片大小的空間里。500米的結(jié)構(gòu),處處是頭發(fā)絲般毫米級(jí)的精度要求。用來(lái)編織索網(wǎng)的7000多根手臂般粗細(xì)的鋼纜,每一根的加工精度都被控制在一毫米以內(nèi)；最終的500米口徑的天線精度是三個(gè)毫米,每一塊小面板的制造精度是1.5個(gè)毫米。

宇宙的CT機(jī),能探索外星文明

　　地球大氣層留給人類探索宇宙兩個(gè)窗口,一個(gè)是光學(xué),一個(gè)是射電。對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō),如果光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是顯微鏡,那么射電望遠(yuǎn)鏡就是CT機(jī),可以獲得天體的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。

　　FAST能夠沖出銀河系,尋找新星,特別是快速旋轉(zhuǎn)、密度極高的脈沖星。它還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng),掌握星系間互動(dòng)的細(xì)節(jié),揭秘宇宙的起源和演化。

　　“大射電望遠(yuǎn)鏡能否用于尋找地外文明,答案是肯定的�！敝袊�(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員彭勃表示,它是探測(cè)系外行星尤其是類地行星的利器。靈敏度提高,它能看到更遠(yuǎn)、更暗弱的天體,搜索可能的星際通訊信號(hào)和外星生命,尋找地外文明的幾率比現(xiàn)有設(shè)備提升了5至10倍。