上海天文臺啟用亞洲最大射電望遠鏡

2020-11-24 中國青年網

亞洲第一的上海65米射電望遠鏡。 新華社記者 張建松攝

　　這個口徑65米，重達2700噸的龐然大物，其相當於8個標準籃球場的主反射面精度誤差卻不超過0.3毫米，並能在1分鐘內完成不同觀測波段的轉換。

　　10月28日，由中國電子科技集團公司研製的直徑65米射電望遠鏡在上海天文臺啟用。作為我國目前口徑最大、波段最全的一臺全方位可動的高性能射電望遠鏡，其總體性能僅次於美國的110米射電望遠鏡、德國的100米射電望遠鏡和義大利的64米射電望遠鏡，為亞洲最大、世界第四。

　　儘管這臺望遠鏡剛剛投入使用，但早在建設階段，就已經引起世界天文學界的關注。中國科學院院士、著名天文學家葉叔華對它的啟用更是寄予厚望：「這臺望遠鏡將在射電天文、天文地球動力學和空間科學等多種學科中成為我國乃至世界上一臺主幹觀測設備，並做出一流的科學成果。」

　　射電天文學及射電望遠鏡發軔於上世紀三十年代，並在二戰後得到快速發展。自1931年，美國貝爾實驗室的科學家用天線陣接收到了來自銀河系中心的無線電波後，通過接收天體的射電波來測定遙遠天體構成的射電望遠鏡開始受到關注。今天已經被大家所熟知的脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射和星際有機分子等的發現，均與射電望遠鏡的進步有關。「建設大型射電望遠鏡系統涉及多個技術領域，被公認是一個國家科技實力的真實體現。」中國電科集團黨組書記樊友山表示，「這臺65米射電望遠鏡的落成，標誌著我國天文科學領域又一重要的科學工程即將投入使用，其社會效益和經濟效益將十分重大。」

　　這臺射電望遠鏡到底有什麼「特異」之處？通過一組數字或可初見端倪。

　　數字之一：65米與100億光年

　　靈敏度和解析度是衡量望遠鏡性能的兩個重要指標。加大天線直徑、增大天線接收面積，是提高射電望遠鏡靈敏度和解析度的重要手段之一。此次落戶上海天文臺的射電望遠鏡，由於擁有超大直徑，從距離上看，將能觀測到100億光年以外的天體，這將有助於人類解答諸如宇宙大爆炸後的恆星和星系起源、宇宙中的暗物質如何發揮作用等有關宇宙的深層次問題，並顯著提升我國天文觀測研究的整體實力和國際地位。

　　不僅如此，「這臺射電望遠鏡在航天工程的應用中，可以作出更大貢獻。」國家探月與航天工程中心總設計師吳偉仁說，這臺望遠鏡將直接應用於我國正在進行的探月工程三期定軌和定位任務，未來將開展的火星探測以及各項深空探測任務，它的建成將進一步提升我國深空測定軌能力，滿足國家重大戰略需求。

　　數字之二：3318平方米與0.1毫米

　　這臺直徑65米的射電望遠鏡，架設高度70米，有近30層樓那麼高，重量達2700噸，氣勢恢宏、十分壯觀。其天線面積有3318平方米，相當於8個籃球場大小。而天線主反射面由14圈共1008塊高精度實面板鋪成。專家表示，「每一塊面板，大約與一塊雙人床的面積相仿。這樣一塊一塊拼裝成這個龐然大物，而且還要超級精密——天線面精度的變形誤差不超過0.3毫米，也就是我們平時使用的一張信用卡的厚度。」

　　「在工作時，受天線俯仰角度、溫度、風等因素的影響，望遠鏡不可避免會產生變形。65米射電望遠鏡就好像一把手電筒，如果這個手電筒發生輕微的偏轉，那麼遠方的目標就會發生很大距離的偏差，影響天線系統接收效率，特別是高頻段的效率。為了保證它的精度，主反射面的安裝採用了最先進的主動反射面技術，在面板與天線背架結構的連接處都安裝了精密調節機構，稱為促動器，共計有1104個。」相關研製人員介紹說，「為了保證高精度指向，直徑42米的方位軌道採用了無縫焊接技術，焊接精度為0.1毫米，也就是一根頭髮絲的直徑！」

　　「整個65米射電望遠鏡項目從設計到建成僅用了不到4年的時間。」項目總指揮塗天傑介紹說，「所有核心技術完全是中國電科54所自主研發，而其關鍵技術就有一百多項，技術指標均達到了國際一流水平。」

　　數字之三：8頻段與1分鐘

　　「接收機把從天線傳來的無線電波轉變成能用儀器記錄的信號或對無線電波進行拍照。」研究人員介紹說，「這臺65米射電望遠鏡的工作波長從最長20釐米到最短7毫米，共有8個頻段。一個籃球場大小的天線接收到的全部無線電波都被收集到一個花瓶大小的關鍵裝置中，這就是天線的心臟。」這對「心臟」的高精度要求顯而易見，同時，也正是由於其工作波段多、工作頻率高、接收頻帶寬，那些宇宙深處的奧秘才有可能得以窺見。

　　就像照相機拍攝不同距離的物體需要調整焦距一樣，觀測太空中的不同目標也需要運用不同波段。這臺65米射電望遠鏡能夠通過副反射面偏轉或由一個結構複雜的機械轉盤轉換饋源來實現快速更換觀測波段，更換時間能夠小於1分鐘。這樣能大大提高捕捉太空信號的效率和準確度。

　　「這臺65米射電望遠鏡將在射電天文、天文地球動力學和空間科學等多種學科中成為我國乃至世界上一臺主幹觀測設備，做出一流的科學成果。」它的總設計師、中國電科集團的杜彪信心十足。據測算，如將該射電望遠鏡加入與其他相關射電望遠鏡的聯網使用，「該望遠鏡作為一個單元參加中國VLBI網，靈敏度將提高42％；參加歐洲VLBI網，將使其靈敏度提高15％到35％。」

　　「當今世界日新月異，深空探測和太空開發利用方興未艾，太空領域的競爭或將決定一個國家的未來。」樊友山表示，未來，中國電科還將在國內陸續建設新疆110米天線、貴州500米天線，積極參與國際天文科學領域平方公裡陣（SKA）的研製建設。

　　（本報北京10月29日電 本報通訊員 李曉輝 本報記者 邢宇皓）

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