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。
为建造世界最大单口径射电望远镜,实现高精度的天文观测,中国科学院进行了为期10余年的500米口径球面射电望远镜(FAST)预研究。从2011年3月开始,数千科学家、工程师和建设者们深扎贵州黔南州平塘县的山谷,用工匠精神精雕“眼窝”、勾勒“眼底”、密布“神经”、点睛“眼珠”……2016年7月3日,随着最后一块反射面板的安装完成,被誉为中国“天眼”的FAST主体工程完工。
FAST有多大?
接收面积近30个足球场
FAST口径有500米,有近30个足球场大的接收面积。其主反射面的面积达25万平方米,由近46万块三角形单元拼接而成。它的圈梁被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空,周长约1.6公里,绕走一圈约要40分钟。
射电望远镜,可不是肉眼观测的普通望远镜,它是当今世界上最顶尖级的太空望远镜。射电望远镜,跟收卫星信号的天线锅类似,通过锅的反射聚焦,把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,FAST的灵敏度提高约10倍,这意味着,远在百亿光年外的射电信号,FAST也有可能“捕捉”到。
作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20至30年保持世界一流设备的地位。看过《三体》的人可能都会好奇,这个超级望远镜是否能像小说中所描述的那样,帮助人类尽早地搜寻到地外文明?科学家表示,虽然FAST并不能发射信号给宇宙中或许存在的高等智慧生物,但是它超强的灵敏度却可以将人类搜寻外星文明能力提升到前所未有的高度。
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的奇异天体,用来观测脉冲星,探索宇宙起源和演化、星系与银河系的演化等等,甚至可以搜索星际通讯信号,开展对地外文明的探索。
FAST有多牛?
独门绝技1 :大口径之最
射电望远镜最重要的指标参数就是灵敏度。灵敏度越高,望远镜探测微弱无线电的能力越强。而要想提高灵敏度,就需要扩大射电望远镜的口径。FAST的口径达到了世界之最——500米。理论上说,FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。
400年前人类第一架天文望远镜的口径仅有4.2厘米,FAST的口径是它的12000倍。与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,FAST的灵敏度提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜相比,其综合性能提高约2.25倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20至30年保持世界一流设备的地位,成为望远镜家族的掌门人。
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世界著名射电望远镜
独门绝技3: 毫米精度
独门绝技4: 深空猎手
独门绝技2: 灵活巨眼
延伸阅读:
千百年来,人类只是通过可见光波段观测宇宙,而自从发现了无线电之后,科学家意识到宇宙中天体的辐射覆盖了整个电磁波段。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃介质,因而通过观测射电信号可以帮助人类探知更遥远的未知宇宙。
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。诺贝尔奖历史上基于天文观测的10项获奖成果中有6项都出自射电望远镜,可以说,现代射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。
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。 综合新华社、央视消息
首先,FAST能够冲出银河系,寻找新星,特别是快速旋转、密度极高的脉冲星,FAST期望第一年就找到50至80颗银河系外的脉冲星。FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动,掌握星系之间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化。类似的道理,FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,搜索可能的星际通讯信号和外星生命。寻找外星生命是所有望远镜的使命之一,也是科幻爱好者们关注的热点,探索宇宙志在深空,巨大而灵巧的FAST,已经蓄势待发,奇迹与惊喜,就在眼前。
根据FAST的工作原理,当它观测天体时,会随着天体的方位变化,在其500米的球冠状主动反射面上实时形成一个300米直径的瞬时抛物面,并通过这个300米的抛物面来汇聚电磁波。形象地来说,如果把FAST比作一只巨大的眼睛,那么这只巨眼的眼球直径就有500米,而负责接收光线的眼珠直径就有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空。
FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里,否则,就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构,处处都是头发丝般毫米级的精度要求。用来编织索网的7000多根手臂般粗细的钢缆,每一根的加工精度都被控制在一毫米以内;最终的500米口径的天线精度是三个毫米,每一块小面板的制造精度是1.5个毫米。
射电望远镜与射电天文学
美国阿雷西博射电望远镜(ARECIBO)
美国阿雷西博射电望远镜位于波多黎各岛上的一座天然火山口当中,是目前世界上已建成的、最大单口径球面射电望远镜,其反射面口径为350米,曾出现在“007”系列电影中。波多黎各岛位于赤道附近,这个位置对于跟踪和观测行星、脉冲星和其他天体十分理想。
阿塔卡玛大型毫米波天线阵(ALMA)
阿塔卡玛大型毫米波天线阵位于智利北部的查南托高原,由64面口径为12米的射电天线组成,是多个国家的研究机构合作建造的大型射电望远镜阵列。这里海拔五千多米,是地球上气候最干燥的地区之一,非常适合毫米波天文观测。
德国埃菲尔斯伯格射电望远镜(Effelsberg)
埃菲尔斯伯格射电望远镜是目前世界上最大的全可动射电望远镜之一,位于德国波恩市西南方向约40千米的一个山谷中。这台望远镜的观测波段很宽,从90厘米到3毫米。其灵敏度和分辨率较高,率先在毫米波段观测到脉冲星的辐射,在射电星系、活动星系核、星际分子等的观测中也有上乘结果。
澳大利亚平方公里阵列射电望远镜
澳大利亚平方公里阵列射电望远镜(ASKAP)位于澳大利亚的默奇森地区,由36架碟形天线组成,每架天线的直径为12米。这一区域没有其他无线电信号干扰,可以清楚地接收到来自宇宙的信号。
中国上海佘山65米口径射电望远镜
中国上海佘山65米口径射电望远镜,是目前亚洲最大的可转射电望远镜,其主反射面面积达到了3780平方米,综合性能为亚洲第一、世界第四。它可以观测到100多亿光年以外的天体,在我国的嫦娥探月工程、火星探测等一系列重要的深空探测任务中都有它的身影。
