中國天眼通過驗收,正式運行,當今世界最強射電望遠鏡將大顯神威

2021-01-13 騰訊網

我們的宇宙,擁有著極其龐大的空間。根據科學家的推測,它至少擁有940億光年的直徑。如此廣袤的宇宙空間中,隱藏著各種各樣的神秘。想要了解這片星空,我們必須要看到它們才行。

400多年前,伽利略首次把望遠鏡對準了星空,翻開了人類天文學的新篇章。通過光學原理,我們可以把星空放大,讓自己看得更清。從此,人類開始了對望遠鏡的研究,不斷拉近人類與天體的「距離」。

我們知道,最初的望遠鏡,利用的就是凸透鏡或者凹面鏡(都是聚光鏡)的聚焦原理,把遠處物象通過物鏡聚集在一起,然後重新放大到人的眼前(目鏡)。而放大的倍數,就是物鏡的焦距和目鏡焦距的比例,或者說是口徑的比例。而其中最重要的,就是物鏡的口徑,物鏡口徑越大,觀測能力越強。

在儘量建造超大物鏡的望遠鏡進程中,各個國家都投入了相當的精力。而我國的500米口徑球面射電望遠鏡,如今牢牢佔據著世界最大口徑的射電望遠鏡之稱號,讓我們倍感自豪。而最近,它終於通過驗收,正式運行。

500米口徑球面射電望遠鏡,簡稱FAST,綽號為中國天眼,坐落於貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮大窩凼的喀斯特窪坑中,口徑達到了500米,比世界第二的阿雷西博望遠鏡大了150米。FAST不僅在口徑上超過了後者,靈敏度也是後者的2.5倍,可有效探索的空間範圍體積為後者的4倍。

說起來,FAST早在2016年就建成了,為何今年才驗收呢?實際上,在FAST建成之後,天文學家們還要對它進行調試和測驗,以確保它能夠達到甚至超過預期的效果。對於這樣一個龐大的設備,短時間內是無法驗收完畢的,所以驗收工作一直持續到今天。當然,與其說驗收,試運行這個詞似乎更合適一點。

實際上,FAST的建設,最大的特點就是大。但是,「大」是一個籠統的概念,它帶來的問題非常眾多,不是建設到足夠大就算成功,還有更多的問題需要解決。

首先,如何把口徑建設到500米呢?顯然,通過打磨、拋光之類的方式作出一片直徑500米的鏡子,是不可行的。FAST的設計者非常巧妙地利用了富勒提出的球形建築原理。所謂富勒建築,指的是通過大量的三角形結構建成的球形建築,可以大量節省建造材料,而且結構非常穩定。利用這個原理,建築團隊打造了4450個反射單元,組成了FAST的主體部分。這個物鏡的面積達到了25萬平方米,相當於30個足球場!

其次,和其他射電望遠鏡一樣,FAST利用的也是反射式望遠鏡的原理。也就是說,通過巨大的凹面鏡作為物鏡,將接收到的圖像聚焦到物鏡上方的焦點。在焦點處設置接收器(如果是普通反射式望遠鏡就是一塊平面鏡,藉此反射到目鏡上),來觀測接收到的圖像。作為FAST的接收器,怎麼可能不大呢?據介紹,FAST的接收器重達30噸,這就已經是哈勃太空望遠鏡的近3倍了!只有足夠先進、強大的接收器,才能夠把宇宙圖像更精確地傳送到地面。

當然,想要控制這麼巨大的望遠鏡,讓它按照天文學家的要求隨時轉向不同的方向,也是一件難事。在這個龐然大物下面,有2000個促動器,它們之間的完美配合,讓FAST能夠實現對40°的夜空進行觀測的視野。

FAST下方的視野,黃色的杆就是促動器

同時,在鏡面轉動的同時,接收器也要相應調整位置。在鏡面四周的六個塔臺,分別通過一根鋼索將接收器懸在空中,利用早年訓練飛行員時的地面模擬飛行設備原理,實現對接收器位置的調整。

通過這些先進的設備,FAST如今已經成為世界上最強大的望遠鏡之一,可以觀測到數億甚至數十億光年以外。按照銀河系15萬光年的直徑計算,這個範圍內如果真的有外星人朝我們發射信號,它也能輕鬆接收到。

以上說的這些觀測能力,尚屬理論範圍。而實際的觀測成果,也是有目共睹。

從建成到現在,FAST一共發現了102顆脈衝星。這個數字,是同時期內歐美多個團隊加一起都無法達到的。另外,從2011年FAST動工到現在,這個項目已經發表超過300篇論文,其中SCI收錄了80篇,EI收錄76篇,還申請了幾十項專利。

可以期待,在未來的日子裡,FAST將會發揮更加巨大的作用,為人類天文事業做出巨大貢獻。人類的未來,是星辰和大海,大海有蛟龍號,星辰有FAST。相信我們的科技,會用更多的科學成果,幫助人類實現更高的發展。

說到FAST的建設,就不能不提到一個人——南仁東先生。

1994年的時候,正是南仁東首先提出了我國自主設計、建造大型射電望遠鏡的設想。該設想很快得到了批准,並且展開了相關的工作。這是一個漫長的過程,中途經歷了申請、批准、選址、設計等許多流程,一直到2011年,終於開始動工,並在2016年7月3日成功吊裝最後一塊反射面單元,並於9月25日開始接收宇宙電磁波。

就在幾乎正好一年後,南仁東先生逝世。

相信在合眼的時候,南仁東先生是滿足的,他的夢想實現了。作為一代先驅,他帶領一支團隊開闢了新的時代,讓我國近百年來落後於西方的天文學重新走在世界的前列,功不可沒。而仍在為FAST工作的人們,也作出了巨大的犧牲。射電望遠鏡最忌諱的,就是電磁幹擾,因此,FAST必須坐落在遠離市區的地方。因此,每一個工作人員都要遠離親朋好友,將自己獻身給科學事業。

正是像南仁東這樣一代又一代的先驅者勇於嘗試,大膽創新,還有無數人默默地付出,才讓我們的科技能夠逐漸進步,走向強大。向每一位勇敢的先驅致敬!

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