9月25日，世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡落成啟用
“希望能有劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)?！笨苹眯≌f(shuō)家劉慈欣早前在出席FAST項(xiàng)目完工儀式時(shí)這樣對(duì)媒體說(shuō)。不可否認(rèn)，劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)和望遠(yuǎn)鏡關(guān)系緊密，望遠(yuǎn)鏡對(duì)人類(lèi)探索宇宙和地外文明至關(guān)重要。
9月25日，一口“大鍋”在中國(guó)貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)的大山里建設(shè)完畢?！按箦仭笔前傩諏?duì)它的俗稱(chēng)，其實(shí)它有一個(gè)很學(xué)術(shù)的名字：500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)稱(chēng)FAST。按照設(shè)計(jì)，這口大鍋能夠“看”到遠(yuǎn)在137億光年的星體。
提前“上崗”的“天眼”
在FAST完工之前，科研人員也做一些試驗(yàn)觀測(cè)，檢測(cè)設(shè)備性能。沒(méi)想到，在9月17日的一次試觀測(cè)中，F(xiàn)AST就接收到了一顆距離地球1351光年的脈沖星的信號(hào)。國(guó)家天文臺(tái)副研究員錢(qián)磊在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)，我們?cè)囉^測(cè)得到的最好的脈沖星數(shù)據(jù)是J1921+2153星的數(shù)據(jù)。這顆星位于1351光年以外，我們現(xiàn)在接收到的這些電磁波，是它在大約1351年以前發(fā)出的。
大鍋其實(shí)就是天線，通過(guò)它能夠接收到遙遠(yuǎn)星空的電磁波。這就像家用“鍋蓋天線”，鍋蓋口徑越大，能看的電視臺(tái)越多，畫(huà)面也越清晰。FAST工程總工藝師王啟明說(shuō)，全世界的射電天文學(xué)家都在追求建造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡，以提高靈敏度。
在FSAT建成之前，世界有兩個(gè)最大的射電“天眼”。德國(guó)100米直徑的“埃菲爾斯伯格”和美國(guó)300米直徑的“阿雷西博”。天文學(xué)家還想要更大口徑、更高靈敏度的望遠(yuǎn)鏡。
1993年在東京召開(kāi)的國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，包括中國(guó)在內(nèi)的10個(gè)國(guó)家的天文學(xué)家提出建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”的設(shè)想。他們期望，在地球的電波環(huán)境被徹底破壞之前，真正看一眼初始的宇宙，弄清宇宙結(jié)構(gòu)是如何形成和演化的，只有大射電望遠(yuǎn)鏡才能幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想。如果失去這一機(jī)會(huì)，人類(lèi)就只能到月球背面去建造同樣口徑的望遠(yuǎn)鏡了。
中國(guó)人承擔(dān)了追求天文學(xué)家這一夢(mèng)想的實(shí)踐。
精度到毫米的“天眼”
FAST靈敏度極高，能夠接收遙遠(yuǎn)脈沖星發(fā)射的電磁波，包括極其微弱的電磁波。
脈沖星1967年被發(fā)現(xiàn)，是一種高速旋轉(zhuǎn)的中子星，具有超強(qiáng)的磁場(chǎng)。有的脈沖星每秒可以自轉(zhuǎn)幾百圈，就像海邊燈塔，旋轉(zhuǎn)的光柱不停地掃過(guò)地球。
國(guó)家天文臺(tái)副研究員錢(qián)磊說(shuō)，高頻的電磁波先到達(dá)地球，低頻的電磁波有個(gè)延遲。當(dāng)?shù)厍蚺c脈沖星距離很遠(yuǎn)時(shí)，這個(gè)延遲的量就大。我們就是利用這個(gè)延遲的量來(lái)推斷脈沖星與地球的距離的。
FAST能有如此高的靈敏度是設(shè)計(jì)建造者追求毫米精度的結(jié)果。
望遠(yuǎn)鏡是通過(guò)天線鍋（反射面）來(lái)接收信號(hào)的。FAST工程總工藝師王啟明告訴記者，主動(dòng)反射面是FAST的重要組成部分，通過(guò)它的反射聚焦，把信號(hào)聚攏到一點(diǎn)上，提供給饋源接收機(jī)接收。
要安裝反射面，就需要先制造和安裝索網(wǎng)。這是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)由約7000根主索和2300根下拉索組成。索網(wǎng)上鑲嵌著4450塊反射板，每塊邊長(zhǎng) 10.4—12.4米，每塊單元重427.0—482.5公斤，厚度約1.3毫米。
FAST的主動(dòng)反射面大約25萬(wàn)平方米，相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的面積。FAST的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是把這覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào)，聚集在一個(gè)藥片大小的空間里，這就必須達(dá)到毫米級(jí)精度。
同樣，接收無(wú)線電信號(hào)的饋源艙定位也需要控制在毫米級(jí)的水平。FAST工程副總工藝師孫才紅告訴記者，我們通過(guò)6個(gè)鐵塔下機(jī)房?jī)?nèi)的卷?yè)P(yáng)機(jī)收放鋼索，從而驅(qū)動(dòng)饋源艙在一個(gè)距離地面高140—180米、直徑為207米的空中球冠面上運(yùn)動(dòng)，從而精確地到達(dá)反射面的焦點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)射電源的跟蹤、掃描?？梢哉f(shuō)，每一部分的位移都要控制在毫米級(jí)。
正是這些毫米級(jí)的精細(xì)控制，才保證了FAST的高靈敏度。工程常務(wù)副經(jīng)理鄭曉年說(shuō)，F(xiàn)AST的靈敏度將比德國(guó)的“埃菲爾斯伯格”提高約10倍，綜合性能將比美國(guó)“阿雷西博”提高約10倍。
會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)眼珠的“天眼”
“這只碩大的天眼它是可以活動(dòng)的。”王啟明說(shuō)，根據(jù)觀測(cè)的方向，它會(huì)拉扯索網(wǎng)來(lái)變形天線鍋。如同人類(lèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自己的眼珠，這樣遙遠(yuǎn)的太空對(duì)它來(lái)說(shuō)將不存在方向上的死角。美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，它是固定在地面上不動(dòng)的。
據(jù)介紹，F(xiàn)AST靠鍋底的變形來(lái)變換天線的方向，變形是由與索網(wǎng)相連的2000多個(gè)小電機(jī)控制的。這些電機(jī)配合動(dòng)作，控制著索網(wǎng)的形狀。整個(gè)變形過(guò)程，由激光定位系統(tǒng)來(lái)校準(zhǔn)。
4450塊反射板形成一個(gè)巨大的球面，這個(gè)球面通過(guò)索網(wǎng)體系可以變形。索網(wǎng)中的下拉索是與促動(dòng)器和地錨相連接的，需要球面變形時(shí)，促動(dòng)器會(huì)拉動(dòng)索網(wǎng)實(shí)現(xiàn)球面變形。變形中會(huì)在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬梢粋€(gè)300米直徑的拋物面（只有拋物面才能聚焦信號(hào)），使信號(hào)匯聚到一點(diǎn)，讓饋源艙能夠接收。
6索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是FAST項(xiàng)目核心部件饋源艙的主控制系統(tǒng)，它可以控制饋源艙進(jìn)行姿態(tài)位置調(diào)整，從而精確地達(dá)到反射面的焦點(diǎn)位置，使饋源艙獲取信號(hào)能力達(dá)到最佳。就像人的睫狀體一樣，能夠調(diào)節(jié)眼球的焦距使眼球能清晰地看清遠(yuǎn)近物體。
“作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST有望在未來(lái)20—30年保持世界一流設(shè)備的地位。”鄭曉年說(shuō)。
瞄準(zhǔn)地外生命的“天眼”
國(guó)家天文臺(tái)副研究員鄭永春博士在介紹FAST的用途時(shí)說(shuō)，F(xiàn)AST主要用于研究脈沖星、中性氫、黑洞吞噬小天體、星體演化、外星文明搜尋等。
科學(xué)家希望能夠借助FAST發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星。FAST工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東說(shuō)，現(xiàn)在我們觀測(cè)到的2000多顆脈沖星，全都是銀河系內(nèi)的。想必別的星系也會(huì)有脈沖星。FAST會(huì)對(duì)準(zhǔn)別的星系，發(fā)現(xiàn)更多奇特的脈沖星，了解它到底是什么。
中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)也是FAST觀測(cè)的科學(xué)目標(biāo)之一。中性氫是宇宙中未聚攏成恒星發(fā)光發(fā)熱的氫原子，是一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子。中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)反映了早期宇宙的蛛絲馬跡。FAST觀測(cè)中性氫，就可能獲知星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié)，甚至發(fā)現(xiàn)第一代天體以及宇宙漫長(zhǎng)發(fā)育歷程的線索。
當(dāng)然，公眾最感興趣的還是FAST能否搜尋到外星文明。1967年，科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)脈沖星時(shí)，看到這種電磁信號(hào)極其規(guī)律，因而認(rèn)為這是外星人發(fā)出的信號(hào)，后來(lái)才知道這是一種高密度恒星的信號(hào)。工程副總工藝師孫才紅說(shuō)，無(wú)線電臺(tái)、衛(wèi)星電視發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，都存在人為編碼。而天體信號(hào)是一種類(lèi)似有規(guī)則的隨機(jī)信號(hào)，不會(huì)有人為調(diào)制的痕跡。如果FAST能收到太空中有編碼的信號(hào)，肯定不屬于天體現(xiàn)象。那會(huì)不會(huì)是外星文明呢？
孤獨(dú)的地球人類(lèi)總是希望宇宙中能有自己的難兄難弟。連美國(guó)《基督教科學(xué)箴言報(bào)》在報(bào)道FAST時(shí)也迎合了一下讀者的口味：“中國(guó)剛剛建成的全球最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡將可能回答人類(lèi)探索宇宙的一個(gè)最古老問(wèn)題：外太空是否有其他生命的存在？”
我們等待著FAST的回答。（李大慶）
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