2016-07-03
歷時五年多時間，由中科院國家天文臺主持、正在貴州平塘建設(shè)的500米世界最大單口徑球面望遠(yuǎn)鏡（英文簡稱FAST）主體工程即將完工，最后一塊反射面單元今天將完成吊裝，這將是世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡。這個架在群山中的“觀天巨眼”建成后，究竟能發(fā)揮什么樣的作用？如何幫助我們認(rèn)識、探索宇宙空間呢？
中國建世界上規(guī)模最大的射電望遠(yuǎn)鏡
貴州省平塘縣的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（英文簡稱FAST）是目前世界上規(guī)模最大的射電望遠(yuǎn)鏡。FAST的反射面總面積約25萬平方米，用于匯聚無線電波供饋源接收機(jī)接收，反射面安裝工程將于2016年7月3日完成。
這個超級望遠(yuǎn)鏡底部饋源艙停靠平臺是一個相當(dāng)于30個足球場大的主動反射鏡面。和大家熟悉的天文館常見的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一樣，射電望遠(yuǎn)鏡其實(shí)也是通過接收電磁波來進(jìn)行觀測。
只不過人們通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡看到的是肉眼能夠分辨的可見光電磁波，但是這種射電望遠(yuǎn)鏡觀測的則是來自于宇宙的無線電波。
中科院國家天文臺FAST項目副總工程師 李菂：宇宙，這個電磁的波譜寬得很，而大量的信息是在光學(xué)之外，那么射電。這個波段有些特別的物質(zhì)，它的射電的信號要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于它光學(xué)的信號。它在大氣層的遮擋比較少，所以它是非常適合于來探測宇宙。
國際首次實(shí)現(xiàn)大口徑可移動觀測效果
接收來自宇宙無線電信息的射電望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)有半個多世紀(jì)的歷史了，可以轉(zhuǎn)向觀測不同天區(qū)的射電望遠(yuǎn)鏡大多支在地面，由于自重較大所以口徑受到限制，最大的就是德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡；有的則像FAST一樣架在大坑里，比如美國阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡，雖然口徑變大了，但是卻只能觀測某些特定天區(qū)。正在進(jìn)行建設(shè)的我國FAST射電望遠(yuǎn)鏡采用獨(dú)特的設(shè)計方式，在國際上首次實(shí)現(xiàn)大口徑可移動的觀測效果。
中科院國家天文臺FAST項目副總工程師 李菂：它真正開始運(yùn)行的時候，你可以想象它就是在一口500米的鍋里頭，然后有一只是300米的碗。然后這只300米的碗在這500米的鍋里這樣運(yùn)動，然后等效的構(gòu)成了一個主動、可動的、能夠克服地球自轉(zhuǎn)的，能夠非常準(zhǔn)確靈敏地觀測太空的這樣一個儀器。
獨(dú)門絕技一：大口徑 看得遠(yuǎn)
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)鏡探測微弱無線電的能力越強(qiáng)。而要想提高靈敏度，就需要擴(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，F(xiàn)AST能接收到137億光年以外的電磁信號，這個距離接近于宇宙的邊緣。
400年前人類第一架天文望遠(yuǎn)鏡的口徑僅有4.2厘米，F(xiàn)AST的口徑是它的12000倍。與號稱“地面最大的機(jī)器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的靈敏度提高約10倍；與被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國阿雷西博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，F(xiàn)AST將在未來20-30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。
獨(dú)門絕技二：靈活自如的巨眼
根據(jù)FAST的工作原理，當(dāng)它觀測天體時，會隨著天體的方位變化，在其500米的球冠狀主動反射面上實(shí)時形成一個300米直徑的瞬時拋物面，并通過這個300米的拋物面來匯聚電磁波。
形象地來說，如果把FAST比作一只巨大的眼睛，這只巨眼的眼球直徑就有500米，而負(fù)責(zé)接收光線的眼珠直徑就有300米。FAST就是靠這個巨大靈活的眼珠來匯聚電磁波、觀測深空。
獨(dú)門絕技三：毫米精度
FAST的設(shè)計目標(biāo)，是把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間里，否則，就無法監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號。500米的結(jié)構(gòu)，處處都是頭發(fā)絲般毫米級的精度要求。用來編織索網(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毫米，每一塊小面板的制造精度是1.5個毫米。
獨(dú)門絕技四：深空獵手
首先，F(xiàn)AST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，F(xiàn)AST期望第一年就找到50-80顆銀河系外的脈沖星。FAST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，掌握星系之間互動的細(xì)節(jié)，揭秘宇宙的起源和演化。
類似的道理，F(xiàn)AST還能監(jiān)聽到一些太空有機(jī)分子發(fā)出的獨(dú)特電磁波，搜索可能的星際通訊信號和外星生命。尋找外星生命是所有望遠(yuǎn)鏡的使命之一，也是科幻愛好者們關(guān)注的熱點(diǎn)，探索宇宙志在深空，巨大而靈巧的FAST，已經(jīng)蓄勢待發(fā)，奇跡與驚喜，就在眼前。
為什么要建如此之大的望遠(yuǎn)鏡？
科學(xué)家們?yōu)槭裁匆岩粋€望遠(yuǎn)鏡做到如此之大呢？
因為對于射電望遠(yuǎn)鏡而言，最重要的指標(biāo)參數(shù)就是靈敏度。靈敏度越高，望遠(yuǎn)鏡探測微弱無線電的能力越強(qiáng)。但是要提高靈敏度，就需要擴(kuò)大射電望遠(yuǎn)鏡的口徑。我們可以形象地把這個望遠(yuǎn)鏡比如成一個大鍋，把來自宇宙的光子想象成在下雨，那么鍋的面積越大，單位時間內(nèi)接到的雨水也就是搜集到的光信號就越多。
專家介紹， FAST覆蓋的無線電波段范圍非常廣，從70兆赫茲到3G赫茲，包括了調(diào)頻收音機(jī)、手機(jī)、藍(lán)牙，甚至是衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)發(fā)射的無線電波。
根據(jù)相關(guān)規(guī)定，F(xiàn)AST建成之后，在周邊5公里之內(nèi)會形成一個電磁波寧靜區(qū)，禁止任何無線電干擾，從而可以讓這個“觀天巨眼”捕捉更多來自遙遠(yuǎn)宇宙的神秘信息。
