中国“天眼”贵州安装 世界最大射电望远镜面板下线
2015-07-21 09:56:00   来源:环球网
内容摘要
有“天眼”之称的球面射电望远镜,是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜,拥有约30个足球场大的接收面积。2015年7月20日,第一批单元总数量1000个面板正式发运贵州,预计2015年7月22日进行现场拼装。

球面射电望远镜 科技世界网

 

世界上最大的望远镜在哪里?可能很多人都想不到是在中国贵州,而这个望远镜就坐落在贵州的平塘县。有“天眼”之称的球面射电望远镜,是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜,拥有约30个足球场大的接收面积。与德国波恩100米望远镜相比,灵敏度高出了大约10倍。

据报道,中国500米口径球面射电望远镜(FAST)工程的重要设备——反射面单元面板下线。2015年7月20日,第一批单元总数量1000个面板正式发运贵州,预计2015年7月22日进行现场拼装。

射电望远镜 科技世界网


500米口径球面射电望远镜(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope,简称FAST)是中国国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,拟采用中国科学家独创的设计和中国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件,建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨型射电望远镜。

1994年开始,通过不断探索,中国天文学家提出在贵州喀斯特洼地中建造“500米口径球面射电望远镜”的建议。

2007年08月28日 历经12年的艰苦预研究,国家“十一五”重大科学工程——500 米口径球面射电望远镜FAST项目获国家立项批准,同时标志着这项受到国内外广泛关注的“世界第一大单口径望远镜”项目正式转入工程设计和建造阶段。有了FAST,边远闭塞的黔南喀斯特山区将变成世人瞩目的国际天文学术中心,成为把贵州展现给世界的新窗口。以FAST为主体的天文科普基地将推进中国西部、甚至全国的科普工作,教育青少年、宣传公众与决策层,为科教兴国的长远战略目标服务。

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据介绍,反射面面板是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。反射面单元是主动反射面系统的重要组成部分,由中国电子科技集团公司设计制造。总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”,而且这口“大锅”会动。FAST最大的特点是索网结构可以随着天体的移动自动变化,带动索网上活动的4450个反射面板产生变化,足以观测到任意方向的天体。

面板单元技术负责人、中国电子科技集团公司54所天伺部副主任郑元鹏称,这口“大锅”是口名副其实的“变形金锅”。面板中反射面单元为三角形,反射面单元在球面上所处的位置不同,其几何尺寸、倾斜角度、支承点位置、荷载大小和方向等都不相同。4450个边长在10.2米至12.4之间的反射面单元种类就近400种,而一个发射面单元又由100个“形态各异”的更小的单元拼接而成。

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郑元鹏说,科研人员将根据索网节点坐标数据以及单元的安装尺寸要求,采用参数化设计方法,准确高效地给出每种单元的尺寸数据,构件数量达上百万件的单块子单元的表面精度最终能够控制在1毫米以上。正因为如此,4450个反射面每一个都可以进行对焦,灵敏度可达美国Arecibo望远镜的2倍。

中国电子科技集团公司产业部主任杨定江表示,FAST的设计技术方案除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线,开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等6个方面实现科学和技术的突破外,还将作为一个多学科基础研究平台,有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘,观测暗物质和暗能量,寻找第一代天体。“FAST有能力将深空通讯延伸至太阳系外缘行星,将卫星数据接收能力提高100倍。”杨定江说。

 

什么的射电望远镜

射电望远镜(radio telescope)是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备,可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。

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包括收集射电波的定向天线,放大射电信号的高灵敏度接收机,信息记录﹑处理和显示系统等。

射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大,有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜,有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜,有射电望远镜阵列,还有金属杆制成的射电望远镜。

射电望远镜观测宇宙示意图。射电望远镜可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线,放大射电信号的高灵敏度接收机,信息记录﹑处理和显示系统等。

20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

 

►射电望远镜的由来◄

两百多年前,人们认为从宇宙天体传来的唯一信息就是光。后来,英国的赫歇耳在测量太阳光谱时,发现在光谱的红端之外,也就是没有阳光的地方,温度竟然比可见光之处的温度还高,赫歇耳把这种热线叫做“看不见的光线”,现在我们知道,它叫“红外线”。接着,人们又发现了看不见的“紫外线”。

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慢慢地,科学家逐渐意识到,除了可见光,宇宙天体还向我们传来一种看不见的信息。等到麦克斯韦建立完整的电磁学理论后,人们才彻底清楚:原来可见光只是一种电磁波,而在长长的电磁波谱上,可见光只占据极小的一部分。既然可见光能带来宇宙的信息,那么可见光之外的电磁波肯定也能。

1924年,科学家在测量地球电离层的高度时,发现一个奇怪的现象:凡是波长短于60米的电磁波穿过大气层的电离层时,全都一去不返,没有反射回来。于是,人们认识到,既然波长短于60米的电磁波能从地球毫无遮挡地冲向宇宙,那么,从宇宙深处传来的,波长短于60米的电磁波同样也能穿过厚厚的大气层来到地球——这就是一个观察宇宙的无线电窗口。

1931年,美国贝尔实验室的央斯基用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。后来,美国人格罗特·雷伯建造了一架口径9.5米的天线,并在1939年也接收到了来自银河系中心的无线电波,从此,射电望远镜诞生了。

 

为什么口径越大越好

天文望远镜的分辨率跟望远镜的口径有关,在接收同样波长的电磁波时,望远镜的口径越大,分辨率就越高。这就是为什么,射电望远镜越做越大。1955年,英国在曼彻斯特的焦德雷尔班克观测站建成可转动的洛弗尔射电望远镜,它的直径为76米。1972年,德国在波恩市西南大约40公里的一个山谷中,建成了当时世界最大的全向转动射电望远镜,其抛物面天线直径达100米。

阿雷西博射电望远镜 科技世界网


1963年,美国在中美洲波多黎各岛上建成阿雷西博射电望远镜。阿雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径球面天线,口径305米,这是目前世界上最大的单面口径射电望远镜,后扩建为350米。

1974年,为庆祝改造完成,阿雷西博望远镜向距离地球2.5万光年的球状星团M13发送了一串由1679个二进制数字组成的信号,称为阿雷西博信息。

为了观测遥远的天体,天文学家必须要研制能检测出极其微弱的天体射电信号的望远镜。全世界所有的射电望远镜在60年中所收集到所有天体射电源的能量仅仅相当于几个雨滴撞击地面所释放的能量。

德国埃费尔斯贝格和美国格林班克的两台可跟踪信号的射电望远镜,口径100米,灵敏度高、分辨本领强、覆盖天区广、跟踪灵活方便,堪称望远镜中的精品。但是,要观测更弱的射电源,还显不足。美国305米口径的阿雷西博射电望远镜的接收面积比上述两台望远镜的天线要大约10倍,灵敏度提高约1个数量级,成为当今最强大的单天线射电望远镜。然而,由于它覆盖的天区有限,其他大型射电望远镜仍然起着非常重要的作用。

 

射电望远镜可找外星人 科技世界网

 

最大射电望远镜可找外星人

中国建造的世界最大望远镜究竟有哪些功能?直径达到500米又意味着什么?对此,东南大学土木工程学院国家预应力工程技术研究中心副主任郭正兴教授解释说,中国项目建成前,美国305米口径Arecibo望远镜是世界最大。而中国的望远镜与之相比,综合性能提高约10倍。

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中科院国家天文台射电部首席科学家李菂解释说,中国的望远镜与美国望远镜都是整体固定在地面上,但中国望远镜500米半径的球面是由4400多面主动反射单元构成,这一个个小的反射单元可以进行对焦,因此灵敏度可达Arecibo望远镜的2倍,巡天速度是它的10倍。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,中国的灵敏度提高约10倍。

李菂还表示,中国望远镜的一个目标是探测外星人,但这不是主要科学目标。和发现“上帝粒子”的设备一样,中国望远镜的主要目标不是在短期内实现经济效益,而是要探测宇宙中的遥远信号和物质。比如宇宙中间的气体、微波激光以及脉冲星,实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解。

 

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