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“追”到宇宙的边缘捕捉天外的声音

中国“观天巨眼”创世界第一

500米口径球面  近30个足球场面积的反射面拼接

2016-07-04 18:20:27　来源: 大众日报(济南)

FAST建成前,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,一个是美国阿雷西博300米望远镜。FAST灵敏度将比德国波恩100米望远镜提高约10倍；与阿雷西博300米望远镜相比,综合性能提高约2.25倍。

据新华社贵阳7月3日电位于贵州黔南州平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元3日成功吊装,这标志着FAST主体工程顺利完工。这只“观天巨眼”预计于今年9月全部竣工,开始探索宇宙深处的奥秘。

记者在FAST工程大窝凼台址现场看到,随着FAST工程总经理、中科院国家天文台台长严俊一声令下,最后一块反射面单元缓缓起吊,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工程总工艺师王启明介绍,4450块反射面板单元是FAST望远镜的重要组成部分。2015年8月,FAST反射面单元吊装工程开始施工。经过11个月的艰苦奋斗,在克服了大尺度、高精度的拼装施工难点以及跨度大、位置高等吊装施工难题后,近30个足球场面积的反射面由一块块反射面单元逐渐铺设完成。

据介绍,FAST突破了射电望远镜的百米极限,它拥有30个足球场大的接收面积,与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍。它将在未来10至20年保持世界一流设备的地位。

中科院国家天文台副台长郑晓年表示,FAST建成后将成为中国天文学研究的“利器”。它将可能搜寻到更多的奇异天体,用来观测脉冲星,探索宇宙起源和演化、星系与银河系的演化等等,甚至可以搜索星际通讯信号,开展对地外文明的探索。

 

【探秘“深眼窝”】

为什么要选贵州天坑?

　　打开卫星地图,贵州平塘县的地貌好似布满褶皱的大象皮肤。再提高分辨率,就能看到大大小小的“漏斗”——天坑群。其中有一个就是科学家寻觅十载为这个最大望远镜找的“家”。天文学家在思考:如何利用天然的洼地作为支架,建造巨型射电望远镜。

　　1993年,包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议,旨在回溯原初宇宙,解答天文学中的众多难题。1995年底,射电“大望远镜”中国推进委员会,提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面的“喀斯特工程”概念。

　　此后,科学家们在当地居民的帮助下,跋山涉水勘察选址。经过反复筛选,最终在平塘县克度镇找到了“大窝凼”——最适合硕大“天眼”的深深眼窝。

　　FAST项目馈源支撑系统总工程师孙才红告诉记者,选址“大窝凼”有三方面原因,一是地貌最接近FAST的造型,工程开挖量最小；二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜；三是射电望远镜需要一处“静土”,“大窝凼”附近5千米半径之内没有一个乡镇,无线电环境理想。

　　“FAST周围三座山峰呈三足鼎立之势,每座距离都在500米左右,中间的洼地犹如一个天然的锅架,刚好稳稳地盛下FAST这口‘大锅’。”孙才红说。

数千科学家、工程师和建设者深扎山谷,用近两千个日日夜夜精雕“眼窝”、勾勒“眼底”、密布“神经”、点睛“眼珠”,靠智慧头脑和精湛技艺雕琢出深邃“天眼”。

 

【解读】并不只是大一圈……

FAST,能有多强大?

理论上,它能看到宇宙边缘

　　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口径仅4.2厘米。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10-20年保持世界一流设备的地位,成为望远镜家族的掌门人。

眼珠,又大又灵活

　　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。

　　科学家们形容它是一座“观天巨眼”。而这只巨眼负责接收光线的眼珠直径有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。

毫米级精度,心细如发

　　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。500米的结构,处处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。

宇宙的CT机,能探索外星文明

　　地球大气层留给人类探索宇宙两个窗口,一个是光学,一个是射电。对天文学家来说,如果光学望远镜是显微镜,那么射电望远镜就是CT机,可以获得天体的超精细结构。

　　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。它还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动,掌握星系间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化。

　　“大射电望远镜能否用于寻找地外文明,答案是肯定的。”中国科学院国家天文台研究员彭勃表示,它是探测系外行星尤其是类地行星的利器。灵敏度提高,它能看到更远、更暗弱的天体,搜索可能的星际通讯信号和外星生命,寻找地外文明的几率比现有设备提升了5至10倍。