【科普君】「中國天眼」FAST與阿雷西博:探索宇宙之路漫漫

2020-12-22 騰訊網

「中國天眼」與阿雷西博：

探索宇宙之路漫漫

2020年11月19日，位於美屬波多黎各的阿雷西博天文臺射電望遠鏡(Arecibo Observatory)因電纜故障而出現嚴重損毀。美國國家科學基金會(NSF)隨即宣布將拆除這座射電望遠鏡，原因是其支撐鋼索兩次發生鬆脫斷裂並砸毀鏡面，望遠鏡受損部分已無法修復且存在坍塌風險。

這意味著，工作了57年的阿雷西博終於「退休」了。

1

阿雷西博：曾經的天眼

阿雷西博望遠鏡直徑305米，建成於1963年。直到2016年被「中國天眼」（即FAST，500米口徑球面射電望遠鏡）超過之前，它曾是世界上最大的單口徑射電望遠鏡。

阿雷西博所處地區自然地貌特殊，工程師利用當地自然形成的碗狀石灰巖地形建造出直徑為305米的阿雷西博射電望遠鏡，遠超當時最大口徑不超過100米的人造望遠鏡天文臺。我國貴州黔南州平塘縣的「天眼」射電望遠鏡也借鑑了類似的工程方法，以便減少工程施工量，並提升排水性能。

「中國天眼」FAST望遠鏡

精密的宇宙探測站

望遠鏡是一種通過透鏡或者面鏡將電磁波（例如可見光）折射或者反射以協助觀察遠方物體的工具。而不同於普通望遠鏡，阿雷西博射電望遠鏡除了主體為305米直徑的球面反射器之外，還有一個150米的接收器，該接收器平臺重達900噸，通過18根鋼纜和三座高塔懸吊在球面反射鏡上空。接收器通過平臺下方的一個可旋轉滑動軌道，能在一定範圍內移動，用以調整接收不同方向射電信號反射的焦點，實現對指定範圍天區的高精度觀測。

接收器可以接收可見光之外的輻射波，比如宇宙星空發射到地球的射電波。天文學家可以藉此觀測那些肉眼看不見的低溫目標或者瀰漫在宇宙中的星際氣體。人類通過這種特殊金屬結構的望遠鏡來接收信號後，經過處理就可以呈現出宇宙的實際影像。

曾經的「世界天眼」

阿雷西博的主要用途集中在三個方面，分別是射電天文學、高層大氣物理學和雷達天文學。阿雷西博在當時屬世界領先水平，曾立下不少汗馬功勞。

1964年，投入使用不久的阿雷西博在對水星進行觀測後，將水星的自轉時間確定為59天，打破了此前88天的錯誤認知。

不久之後，人類通過阿雷西博在蟹狀星雲的中心發現了一顆隱藏的脈衝星，也就是旋轉的中子星。這是人類第一次發現中子星存在的確鑿證據，為天文學對恆星的生命演化過程的認識補齊了最後一塊拼圖。

1990年，科學家運用阿雷西博在太陽系外發現一顆新的脈衝星，並且確認脈衝星附近有三顆環繞它的行星，這是人類第一次發現太陽系外的行星，這意味著像地球這樣的行星在宇宙中是普遍存在的。

在阿雷西博望遠鏡近半個世紀的生命周期裡，無數科學家根據其觀測結果做出了不同發現研究，因阿雷西博創造的科研成果可謂斐然。

2

FAST：中國天眼，不負眾望

中國天眼，全名叫「500米口徑球面射電望遠鏡」，簡稱FAST。

我國的天眼是如今世界上最大的單口徑射電望遠鏡，位於貴州省黔南平塘縣喀斯特窪坑中。最早在1994年由我國天文學家南仁東提出過構想，之後中國花了22年的時間，即在2016年9月，才把天眼修建完成，它對中國的重要意義不亞於核武和北鬥系統。

無人機拍攝的「中國天眼」全景

中國天眼看起來就像是一個放大版的鐵鍋，它的直徑有500米，反射面的面積相當於30個足球場的大小。如果把它比喻成一口盛滿水的鍋，那麼全世界每個人都可以分4瓶礦泉水，由此可以想像它的建造難度有多大。

反射面可以視為中國天眼的視網膜。它由一個500米口徑的鋼梁架在50根巨大的鋼柱上面，然後一個由6670根鋼索編織的索網掛在環梁上，再在上面鋪上4450塊反射面單元，最後由6根鋼索拖動重達30噸的饋源艙抵達焦點位置，跟蹤天體發射的電波，從而接收到來自宇宙的信號。

反射面下面有2225根下拉索固定在地面上的觸動器上，通過這些觸動器拽這些下拉索，就可以控制索網的形狀為球面或拋物面，這樣就可以進行天文信號的收集和觀測。

中國天眼（FAST）自今年1月驗收以來，設施運行穩定可靠，近一年已經觀測服務超過5200個機時，達到預期設計目標近2倍。截至目前，FAST累計發現脈衝星數量超過240顆，基於FAST數據發表的高水平論文達到40餘篇。

發現脈衝星是中國天眼的一大重要功績。脈衝星是會發射周期性信號的中子星，大質量恆星到了生命末期，坍縮形成中子星後，體積急劇縮小，獲得的角動量讓其快速旋轉，其強大的磁場讓它從兩極發射出束狀的無線電波（射電波）。當這束射電波掃過地球時，就可以被射電望遠鏡接收，讓我們知道它的存在，並根據獲得的數據分析它的各種屬性。

中國天眼是目前世界上最靈敏，最大全口徑反射面的單口徑射電望遠鏡，截止今年1月驗收已發現了240+顆脈衝星，其強大的解析度將會在未來大展身手，找到宇宙中越來越多向我們發射信號的燈塔——脈衝星，可用於構建未來宇宙飛船在太空中導航的「GPS」。

中國天眼在調試期間的性能已經超出科學家們的想像，正式驗收後將開始雄偉的觀測計劃，除了脈衝星和分子雲的探測，還將加入國際合作，用於與生命起源相關的太空分子觀測，以及搜尋潛在的地外文明發來的信號等。這些觀測項目將在未來幾年內進行，科學家們認為，中國天眼將對世界天文學和天體物理學領域產生深遠的影響，雖然我們還無法預測它會發現什麼，但它可能會深刻地改變我們對宇宙的認識。

至目前為止，中國天眼成為世界上僅存的一隻「天眼」望遠鏡，可以說之後全世界在天文領域的探索都將只能依賴「中國天眼」。讓我們共同祝福「中國天眼」在未來能夠勇往直前、徵服星辰大海，創造中國太空探索新高度。

參考資料：

1. 阿雷西博望遠鏡正式「退役」，人類為探測太空有多努力？

2. 240+！中國天眼，不負眾望

https://zhuanlan.zhihu.com/p/275681306

3. 中國天眼：這口大鍋能幹啥？

https://zhuanlan.zhihu.com/p/146228007

來源：工大青年匯

相關焦點

  • 美國阿雷西博望遠鏡塌了,世界只剩中國FAST一隻「天眼」
    【文/觀察者網 趙挪亞】一夜之間，曾在人類天文探索史上留下過濃墨重彩一筆，被譽為地球「兩大眼睛」的波多黎各阿雷西博（Arecibo）射電望遠鏡塌了。儀器接收平臺坍塌後的阿雷西博望遠鏡 社交媒體圖一位阿雷西博天文臺的工作人員人此前表示，阿雷西博射電望遠鏡若失去功能，那麼全世界在天文探索領域，將只能依靠來自中國貴州的另一隻「大眼睛」，500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）。
  • 【原創】別了「射電之王」阿雷西博 全球只剩中國一隻「天眼」
    原標題：【原創】別了「射電之王」阿雷西博 全球只剩中國一隻「天眼」 　　當地時間12月1 日，位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡倒塌。
  • 阿雷西博望遠鏡退役後 全球天文學家把希望放在了中國天眼上
    11月美國最大的射電望遠鏡阿雷西博被官方宣布放棄，不得不提前退役，並最終在本月初倒塌，全球的大型射電望遠鏡要看中國的天眼了。阿雷西博... 11月美國最大的射電望遠鏡阿雷西博被官方宣布放棄，不得不提前退役，並最終在本月初倒塌，全球的大型射電望遠鏡要看中國的「天眼」了。
  • 阿雷西博望遠鏡倒塌,部分天文觀測希望將寄托在「中國天眼」
    損毀後的阿雷西博望遠鏡 在2016年7月位於我國貴州省的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST，俗稱「中國天眼」）建成前，阿雷西博望遠鏡一直是世界最大的單面口徑球面射電望遠鏡 除了進行天文觀測，阿雷西博望遠鏡還進行了地外文明探索。較為知名的一個案例是「阿雷西博信息」的發送，1974年，阿雷西博望遠鏡向距離地球25,000光年的球狀星團M13發送了一串由1,679個二進位數字組成的信號，期望可以被潛在的外星文明接收到。
  • 阿雷西博望遠鏡塌了,世界僅剩我國「天眼」,科學界內新星!
    12月1日美國傳來信息，根據外媒報導阿雷西博望遠鏡突然坍塌，從照片上來看，我們可以看到一片狼藉，可以說射電望遠鏡算是徹底報廢了，相信很多人都不願看到這種情況出現，阿雷西博射電望遠鏡，可謂是世界第二大世界望遠鏡，自從它出現了垮塌情況，地球上僅剩下中國「天眼」，是什麼原因導致它突然坍塌呢
  • 阿雷西博望遠鏡落寞,地球兩隻眼睛,現在僅剩中國天眼!
    阿雷西博望遠鏡坍塌，地球兩隻眼睛僅剩中國天眼！阿雷西博射電望遠鏡，當年的名氣絲毫不亞於中國天眼的建成，在12月11日經過美國國家科學基金會的確認，阿雷西博射電望遠鏡，在經過兩次嚴重的事故之後，終於墜毀坍塌，所幸並無造成人員傷亡。面對這個已經報廢無法使用的望遠鏡，或許這是它最好的歸宿。
  • 世界第二大射電望遠鏡坍塌,中國FAST成全球唯一天眼
    阿雷西博在發現太陽系外第一顆行星的過程中發揮關鍵作用，並幫助天文學家識別了飛越地球的潛在危險小行星。1974年，阿雷西博發現了第一顆雙星脈衝星，間接證實了廣義相對論的預言。此外，該望遠鏡還繪出第一幅金星表面的雷達圖，並在1992年首次發現太陽系外的行星系統。OSGEETC-電子工程專輯美國科學家感嘆：如今觀測深空只能靠「中國天眼」FAST射電望遠鏡了。
  • 阿雷西博望遠鏡坍塌,地球兩隻眼睛僅剩中國天眼!
    阿雷西博射電望遠鏡，當年的名氣絲毫不亞於中國天眼的建成，在12月11日經過美國國家科學基金會的確認，阿雷西博射電望遠鏡，在經過兩次嚴重的事故之後，終於墜毀坍塌，所幸並無造成人員傷亡。面對這個已經報廢無法使用的望遠鏡，或許這是它最好的歸宿。
  • 美國「天眼」阿雷西博射電望遠鏡退役前坍塌 世界只剩中國FAST一隻...
    305米口徑的阿雷西博射電望遠鏡被譽為地球「兩大眼睛」之一，另一隻「大眼睛」就是我們熟知的中國「天眼」——500米口徑球面射電望遠鏡FAST。阿雷西博射電望遠鏡如果失去功能，全世界在天文探索領域將只能依靠中國「天眼」。那麼，阿雷西博射電望遠鏡為什麼會坍塌？它的坍塌將給天文學界帶來多大的損失？
  • 阿雷西博望遠鏡報廢致美國地外生命探索能力下降 中國目前佔優勢
    在中國500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）投入運行之前，阿雷西博望遠鏡一直是全球最大的單口徑望遠鏡。1970年代，研究者們在地外智慧生命探索項目框架下，藉助阿雷西博望遠鏡，實現了首次星系間的無線電信號發送。阿雷西博望遠鏡的保養費用相對高，經常遭到質疑。
  • 地球「兩大眼睛」只剩中國「天眼」
    從今天起，天文學界得學會接受只剩中國一隻「天眼」的世界。現場畫面。來源：強國網「心碎……這是世界科學奇蹟之一，懷念阿雷西博……」「顯然我們對於它的維護沒有足夠的關心，什麼時候我們停止了維護？它上一次用於科學研究是什麼時候？」「為什麼NSF不能及時作出反應去避免這個情況呢？這個望遠鏡是黑暗中的燭光，點亮了探索宇宙的道路，也是一個重要的科學工具。
  • 阿雷西博望遠鏡塌了,「凝視」宇宙的故事還在繼續
    一時間，關於阿雷西博的各種報導鋪天蓋地。據悉，阿雷西博望遠鏡坍塌是因為3個支撐塔全部斷裂，重達900噸的接收平臺直接墜落到望遠鏡的反射盤上。天線被砸壞，望遠鏡已無修復可能。阿雷西博為何會坍塌？500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）和阿雷西博同屬於射電望遠鏡，二者有何異同？阿雷西博曾向宇宙發出信號，會收到回音嗎？
  • 美國主動給外星人發信的望遠鏡一夜坍塌,中國天眼會接棒嗎?
    據傳，霍金生前最放心不下的幾個問題裡，就有中國天眼。他的理由很直接：宇宙之大遠超人類的想像，地球之外必有外星文明。「我們看看自己，就能知道智能生命是如何發展到無法自給自足的地步。」在我們的科技水平遠沒有達到一定水平前，中國天眼如果冒然接收外星消息暴露位置，非常危險。
  • 最後的輓歌:阿雷西博望遠鏡報廢,宇宙探索黃金時代亦遠去了
    對許多人來說，阿雷西博不僅是世界第二大射電望遠鏡，也不僅是我們探索描摹宇宙以尋找外星生命的關鍵工具——它更是過去50年間天文學、科學甚至人類成就的標誌性紀念碑。現在，喪鐘為它而鳴。阿雷西博的退役標誌著曾一度輝煌的科學調查和太空探索日漸式微，這類活動由類似美國國家科學基金會（National Science Foundation）的公共組織進行。這些組織的預算不斷縮水，對此它們一籌莫展。作為這架巨型望遠鏡的所有者，該組織宣布將其報廢。
  • 美國最大望遠鏡倒塌 外媒:中國天眼將拯救天文學家
    11月美國最大的射電望遠鏡阿雷西博被官方宣布放棄，不得不提前退役，並最終在本月初倒塌，全球的大型射電望遠鏡要看中國的「天眼」了。阿雷西博望遠鏡建於1963年，直到被譽為中國天眼的FAST 2016年建成的53年的時間裡，它一直都是世界上最大的單口徑望遠鏡，至今仍是美國第一。今年8月、11月，阿雷西博望遠鏡的兩根鋼索先後斷裂，被迫提前退役。
  • 全世界只剩中國一隻「天眼」了……
    被譽為地球「兩大天眼」之一的 阿雷西博射電望遠鏡 於當地時間12月1日坍塌 美國科學家感嘆 如今觀測深空只能靠僅存的 「中國天眼」FAST射電望遠鏡了
  • 「中國天眼」被納入大辭海 它是如何捕捉宇宙秘密的?
    人類對於宇宙的好奇從未停止過，「中國天眼」承載的是人類探索宇宙奧秘和發現地外智慧生命的希望，這也是它最讓天文愛好者們興奮的地方。截至驗收，「中國天眼」公布兩年多來發現的脈衝星數量達到102顆，已超過同期全球多個脈衝星搜索團隊發現數量的總和。而每探測和記錄下一顆脈衝星，就可能意味著我們離發現地外文明更進一步。如何捕捉一顆星星？
  • 美國"天眼"報廢,美科學家:如今觀測深空只能靠中國"天眼"了
    被譽為地球「兩大天眼」之一的阿雷西博射電望遠鏡於當地時間12月1日坍塌美國科學家感嘆如今觀測深空只能靠僅存的「中國天眼」FAST射電望遠鏡了中國FAST綜合性能超阿雷西博四年發現超240顆脈衝星如今，隨著阿雷西博退出歷史舞臺，人類探索深空的重擔就落到中國望遠鏡的肩上 。被譽為「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡FAST由我國已故天文學家南仁東於1994年提出構想，歷時22年建成，於2016年9月25日落成啟用，進入調試期。
  • 阿雷西博天眼塌了,曾向外星發過地球坐標,貴州FAST是否應接著發
    中國的天眼是貴州的FAST，500米口徑射電望遠鏡。美國的天眼是在波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡，口徑是305米（後來升級到350米）。●坍塌後的阿雷西博望遠鏡。在中國建成500米口徑射電望遠鏡fast之前，阿雷西博望遠鏡是世界上最大的射電望遠鏡。阿雷西博望遠鏡為國人所熟知，很大程度上是因為一部007系列的電影《黃金眼》，在電影裡面，阿雷西博望遠鏡是一個重要的道具，用來控制在軌衛星。
  • 美國望遠鏡塌了,世界最後一隻「天眼」——中國FAST,成世界焦點
    說到地球射電天文學上的「兩隻大眼睛」，或許你應該想到美國阿雷西博望遠鏡和中國的FAST。美國阿雷西博望遠鏡，這隻望遠鏡位置處于波多黎各島的山谷中，屬於世界第二大的單面口徑射電望遠鏡，其主要是用於觀測遙遠的天體，在1963年11月1日的時候正式開幕，從這以後，前後大約有幾千位科學家使用了此望遠鏡，甚至很多電影明星以及好萊塢的製片人也常常來到這裡，在美國阿雷西博望遠鏡下拍攝了很多聞名遐邇的電影。