2月4日，我國(guó)的大科學(xué)工程——500米球面射電望遠(yuǎn)鏡索網(wǎng)制造和安裝工程完工。射電望遠(yuǎn)鏡到底是怎樣的一種望遠(yuǎn)鏡？未來(lái)，這個(gè)世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡能夠?yàn)槲覀兏墒裁矗繛槭裁匆ㄙF州？
2015年2月4日，我國(guó)的大科學(xué)工程——500米直徑、接收面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)大小的射電天文望遠(yuǎn)鏡（FAST），索網(wǎng)制造和安裝工程已經(jīng)順利完成。那么，射電望遠(yuǎn)鏡到底是怎樣的一種望遠(yuǎn)鏡？未來(lái)，這個(gè)世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡能夠?yàn)槲覀兏墒裁?？為什么要建在貴州？
FAST建成后，就像這樣帥
射電望遠(yuǎn)鏡的來(lái)時(shí)路
兩百多年前，人們認(rèn)為從宇宙天體傳來(lái)的唯一信息就是光。后來(lái)，英國(guó)的赫歇耳在測(cè)量太陽(yáng)光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)在光譜的紅端之外，也就是沒(méi)有陽(yáng)光的地方，溫度竟然比可見光之處的溫度還高，赫歇耳把這種熱線叫做“看不見的光線”，現(xiàn)在我們知道，它叫“紅外線”。接著，人們又發(fā)現(xiàn)了看不見的“紫外線”。慢慢地，科學(xué)家逐漸意識(shí)到，除了可見光，宇宙天體還向我們傳來(lái)一種看不見的信息。等到麥克斯韋建立完整的電磁學(xué)理論后，人們才徹底清楚：原來(lái)可見光只是一種電磁波，而在長(zhǎng)長(zhǎng)的電磁波譜上，可見光只占據(jù)極小的一部分。
可見光譜只占有寬廣的電磁波譜的一小部分
既然可見光能帶來(lái)宇宙的信息，那么可見光之外的電磁波肯定也能。
1924年，科學(xué)家在測(cè)量地球電離層的高度時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：凡是波長(zhǎng)短于60米的電磁波穿過(guò)大氣層的電離層時(shí)，全都一去不返，沒(méi)有反射回來(lái)。于是，人們認(rèn)識(shí)到，既然波長(zhǎng)短于60米的電磁波能從地球毫無(wú)遮擋地沖向宇宙，那么，從宇宙深處傳來(lái)的，波長(zhǎng)短于60米的電磁波同樣也能穿過(guò)厚厚的大氣層來(lái)到地球。這就是一個(gè)觀察宇宙的無(wú)線電窗口。
1931年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的央斯基用天線陣接收到了來(lái)自銀河系中心的無(wú)線電波。后來(lái)，美國(guó)人格羅特·雷伯建造了一架口徑9.5米的天線，并在1939年也接收到了來(lái)自銀河系中心的無(wú)線電波，從此，射電天文學(xué)誕生了。
射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙示意圖
上世紀(jì)60年代，天文學(xué)取得了4項(xiàng)非常重要的發(fā)現(xiàn)，分別是脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射和星際有機(jī)分子，而這四大發(fā)現(xiàn)都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。
可移動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體信號(hào)動(dòng)畫示意圖
為什么口徑越大越好？
天文望遠(yuǎn)鏡的分辨率跟望遠(yuǎn)鏡的口徑有關(guān)，在接收同樣波長(zhǎng)的電磁波時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的口徑越大，分辨率就越高。這就是為什么，射電望遠(yuǎn)鏡越做越大。
1955年，英國(guó)在曼徹斯特的焦德雷爾班克觀測(cè)站建成可轉(zhuǎn)動(dòng)的洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡，它的直徑為76米。
洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡
1972年，德國(guó)在波恩市西南大約40公里的一個(gè)山谷中，建成了當(dāng)時(shí)世界最大的全向轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡，其拋物面天線直徑達(dá)100米。
德國(guó)的100米口徑射電望遠(yuǎn)鏡
1963年，美國(guó)在中美洲波多黎各島上建成阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是固定在山谷當(dāng)中的單口徑球面天線，口徑305米，這是目前世界上最大的單面口徑射電望遠(yuǎn)鏡，后擴(kuò)建為350米。
阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡
1974年，為慶祝改造完成，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡向距離地球2.5萬(wàn)光年的球狀星團(tuán)M13發(fā)送了一串由1679個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成的信號(hào)，稱為阿雷西博信息。
如果阿雷西博信息被外星人接收并正確解讀，會(huì)得到如上圖所示的信息（信息中不包含顏色）
而我國(guó)正在建的500米直徑射電望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱FAST），建成后，它將是目前世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡，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，F(xiàn)AST的靈敏度提高約10倍。如果天體在宇宙空間是均勻分布的，那么FAST可觀測(cè)目標(biāo)的數(shù)目將增加約30倍。與美國(guó)的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST靈敏度高2.25倍，綜合性能提高約10倍。未來(lái)二三十年，F(xiàn)AST將保持世界一流的地位。
為何選址在貴州？
貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的“大窩凼”洼地原貌
FAST臺(tái)址之所以選在貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼洼地，原因很多。一是貴州有天然的喀斯特地貌洼地，直接在巨大的洼地上開建，省去了浩大的巖土開挖工程，極大地降低了成本。二是大窩凼洼地周圍人口密度很低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后, 加上周邊很多山峰的屏障, 臺(tái)址的電波環(huán)境很安靜，而且，已與當(dāng)?shù)卣炗喠祟l率保護(hù)協(xié)議，這為未來(lái)獲得一個(gè)安靜的電磁環(huán)境打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。最后，臺(tái)址緯度較低, 有利于銀道面天體的觀測(cè)，加之貴州地處亞熱帶，又屬云貴高原，冬天不會(huì)太冷夏天不會(huì)太熱，每年只有數(shù)日霜雪期，無(wú)需考慮由于冰凍或者積雪而附加的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。
此外，大窩凼洼地有通向地下水系的通道, 就算遇到暴雨也無(wú)后顧之憂。全區(qū)無(wú)大地震記錄，地質(zhì)穩(wěn)定。這些都是作為FAST臺(tái)址得天獨(dú)厚的條件。
建設(shè)中的FAST
FAST有何神通？
2016年，F(xiàn)AST建成投入使用后，它將有能力將中性氫觀測(cè)延伸至宇宙邊緣，重現(xiàn)宇宙早期圖像。
宇宙中的中性氫能發(fā)出波長(zhǎng)大約為21厘米的電磁波，在電磁波譜上，21厘米波長(zhǎng)的電磁波的位置處在微波段。中性氫發(fā)出的電磁波可以穿過(guò)星際云等巨大星際介質(zhì)區(qū)域，而這些區(qū)域?qū)τ诳梢姽鈦?lái)說(shuō)是不透明的。
另外，F(xiàn)AST投入使用后，發(fā)現(xiàn)脈沖星的速度將大增，能在一年時(shí)間發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆脈沖星。
除了這些任務(wù)，F(xiàn)AST還將參與空間飛行器的測(cè)控與通訊。這是射電望遠(yuǎn)鏡的拿手好戲，比如，英國(guó)在曼徹斯特的76米射電望遠(yuǎn)鏡，曾經(jīng)在1957年跟蹤蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星時(shí)發(fā)揮重要作用。
而澳大利亞在1961年建成的64米射電望遠(yuǎn)鏡，曾協(xié)助遠(yuǎn)在月球的阿波羅11號(hào)宇宙飛船接收信號(hào)，于是，全球這才能從電視上看到登月的直播畫面。1970年，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡還幫助發(fā)生爆炸事故的“阿波羅13”號(hào)宇航員重返地球。
澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡
而我國(guó)對(duì)嫦娥飛船的測(cè)控與通訊工作，位于上海、新疆等地的射電望遠(yuǎn)鏡也參與其中。
未來(lái)，F(xiàn)AST能將深空通訊能力延伸至太陽(yáng)系邊緣的行星，并將衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收能力提高100倍。
最后，高大上的FAST還將參與地外文明的搜尋，祝愿FAST早日建成并順利運(yùn)行！
聯(lián)系客服
