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世界最大单口径射电望远镜FAST主体工程完工,开始试观测中国天眼:扎根天坑 放眼宇宙 新华社

成都日报 2016-07-04 21:27 大字

“超级天眼”

■面积

——直径500米,拥有30个足球场大的接收面积。

■灵敏

——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。

■用途

——未来它将探索宇宙起源和演化、搜索星际通讯信号、开展对地外文明的探索……

天眼:口径越大 看得更远

用过“锅盖天线”的人知道,锅盖口径越大,电视画面也越清晰。对于射电望远镜来说,口径越大看得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的“锅盖”,以提高射电望远镜灵敏度。

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。

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奇异天体,用来观测脉冲星,探索宇宙起源和演化等等,甚至可以搜索星际通讯信号,开展对地外文明的探索。“FAST主体工程完工后将开始调试,同时开始试观测。”

能观测地外文明? 肯定的!

——专家揭秘全球最大“锅盖”

2016年7月3日,直径500米、迄今全球最大的“锅盖”在贵州喀斯特天坑中架设完成。它就是500米口径球面射电望远镜,世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜。它被称为“天眼”,用来倾听宇宙深处声音、观测宇宙奥秘。

望远镜强 不只是大

无论是置身大射电望远镜边上,爬上附近山顶的观景台,还是通过虚拟现实视频,你都能直观感受它的第一特点——大。科学家们形容它是一座“观天巨眼”。

中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说,仅圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔就用掉1万多吨钢材。

“望远镜反射面总面积为25万平方米,相当于30个标准足球场那么大。尽管反射面板才1毫米厚,也用掉2000多吨铝合金。”王启明说。

但大射电望远镜绝不是金属堆砌的“傻大粗”,它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台,加之馈源舱内的并联机器人二次调整,它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,可实现毫米级指向跟踪,确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。

中国科学院国家天文台副台长郑晓年说,100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”,中国大射电望远镜与它相比,灵敏度提高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜,50多年一直无人超越,中国大射电望远镜跟它相比,综合性能提高约10倍。

安家天坑 探索宇宙

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。半个多世纪以来,全世界所有射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸,中国大射电望远镜的加盟将大大加快这一速度。为给新一代射电“大望远镜”安家,科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。中科院研究员彭勃回忆说,当时天文台委托两家院所进行独立搜寻,从300多个候选洼坑中遴选。结果,位于黔南州平塘县的大窝凼两次都获最高分。

“从射电望远镜诞生至今,人类共发现了约2500颗脉冲星,如果中国大射电望远镜的工作时间全部用于观测脉冲星,它一年时间内就有望将这个数量翻倍。”彭勃说,脉冲星可以用于脉冲星导航、脉冲星计时阵等应用目标。科学家利用阿雷西博望远镜发现引力波,并获得诺贝尔物理学奖,中国大射电望远镜则为自然科学特别是物理学相关领域提供了重大发现的机会。

“针对大众十分关心的大射电望远镜能否用于寻找地外文明,答案是肯定的。”彭勃表示,它是探测系外行星尤其是类地行星的利器。由于灵敏度提高,它能看到更远、更暗弱的天体,通过探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号,寻找地外文明的几率比现有设备提升了5至10倍。

在7月3日馈源舱升舱和反射面板按计划完成安装后,大射电望远镜将进行2个多月的系统调试,于9月底正式竣工投入使用。

成长历程——

看深邃“天眼”如何雕琢

巧夺天工

?中国大射电望远镜的索网是目前世界上跨度最大、精度最高的索网结构,也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。

?反射面单元面板将固定在上万根钢索上,整个反射面悬在半空中的。

?索网犹如一个由钢索织就的巨大“网兜”,紧紧支撑和保护着反射面板。

毫厘标准

?中国大射电望远镜把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里。

?十几米长的索,误差不准超过1毫米,所有材料在20摄氏度温度场生产。

?为灵敏观测,拼装面板子单元边界精准定位是首要问题。科研人员专门设计定位夹具,它能对每块面板的水平位置以及轴向高度进行精准定位,每个等边三角形交点孔位精度保持在0.1毫米至0.15毫米。

千锤百炼

?4450块反射面板分为30层,虽然形状都是看似一样的三角形,但角度、大小却千差万别。大跨度缆索吊装,吊具要经过反复设计、比对和试验,才能确保严丝合缝。

?头发丝粗的缝隙,都有可能让干扰信号跑出去。为了确保望远镜不受到任何磁场的干扰,仅对施工设备的电磁防护就花了半年多时间做试验,从塔底到塔顶做了四五套方案。本组文图均据新华社

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