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天坑长“天眼”,可瞄“外星人”

新安晚报

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7月23日,世界最大单口径球面射电望远镜(FAST)的重要设备——反射面单元面板第一批1000个单元“就位”,开始在贵州黔南进行现场拼装。

中国FAST工程办公室称,这一超级望远镜有望在2016年建成,建成后将成为世界级射电天文

研究中心。这只被誉为中国“天眼”的超级望远镜单口径达500米,接收面积相当于近30个足球场。那么问题来了: “天眼”中国 为何选址黔南?长啥样?有哪些“本领”?它能找到“外星人”吗?让我们一起去看看。

遥望百亿光年星际

从贵阳龙洞堡机场驱车向南,高速转土石路再穿过一段狭窄山口,长在天坑里的中国“天眼”——世界上最大的500米单口径射电望远镜便赫然在前了。

23日下午,FAST正式进入反射面拼装阶段。在黔南特有的天坑里,4000多块边长11米、铝合金制的三角形面板,最终将拼出FAST天线锅。

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,是比红外线频率更低的电磁波段。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。“宇宙空间混杂各种辐射,遥远的信号像雷声中的蝉鸣,没有超级灵敏的‘耳朵’,根本就分辨不出来。”中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东说。

半个多世纪以来,所有射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸。

要想获得更远、更微弱的射电,“阅读”到宇宙深处的信息,就需要更大口径的射电望远镜。简言之, “锅”就是 越大,星际穿越的距离就越远。

专家们指出,与德国波恩100米望远镜相比,FAST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。

“天眼”有个深眼窝

打开卫星地图,贵州平塘县的地貌好似布满褶皱的大象皮肤。再提高分辨率,就能看到大大小小的“漏斗”——天坑群。其中有一个就是科学家寻觅十载为这个最大望远镜找的“家”。天文学家在思考:如何利用天然的洼地作为支架,建造巨型射电望远镜。

1993年,包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议,旨在回溯原初宇宙,解答天文学中的众多难题。1995年底,射电“大望远镜”中国推进委员会,提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面的“喀斯特工程”概念。

此后,科学家们在当地居民的帮助下,跋山涉水勘察选址。经过反复筛选,最终在平塘县克度镇找到了“大窝凼”——最适合硕大“天眼”的深深的眼窝。

FAST项目馈源支撑系统总工程师孙才红告诉记者,选址“大窝凼”有三方面原因,一是地貌最接近FAST的造型,工程开挖量最小;二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜;三是射电望远镜需要一处“静土”,“大窝凼”附近5千米半径之内没有一个乡镇,无线电环境理想。

“FAST周围三座山峰呈三足鼎立之势,每座距离都在500米左右,中间的洼地犹如一个天然的锅架,刚好稳稳地盛下FAST这口‘大锅’。”孙才红说。

“变形金锅”随天动

来到“大窝凼”,你会发现总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”。总长度超过1.5千米的钢圈梁,将上万根钢索牢牢固定住。若想一览FAST工程全貌,必须爬上附近的山顶。而那里正在建设的观景台,正是今后游客观赏FAST的地方。

孙才红说,反射面单元面板将固定在上万根钢索上,安装完成后整个反射面其实是悬在半空中的,有螺旋状公路一直通达“凼”底,供车辆和人员维护设备时通行。反射面与地面之间的空隙今后还会恢复植被,保护环境。

这口500米口径的大“锅”,是口名副其实的“变形金锅”。“‘变形金锅’会动。FAST的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,同时,馈源舱也随索网一同运动,采集反馈信息。”面板单元技术总师、中国电科研究员级高级工程师郑元鹏说。

FAST能够把近30个足球场这么大的接收面积里收集的信号,聚集在药片大小的空间里。

可以探测“外星人”

FAST工程进展牵动着天文学家和天文学爱好者的“神经”。FAST那么灵敏,能接收到遥远的世界里发来的极其微弱的“外星人”的信号,甚至找到“外星人”吗?

“FAST能从宇宙的今天看到很远的地方去,有助揭开宇宙起源之谜,甚至是‘地外文明’。”中国天文学会理事长、中国科学院院士武向平说。

天文专家赵之珩认为,射电波段的观测,推动了地球人对宇宙的理解,如20世纪60年代四大发现:宇宙微波背景辐射、类星体、脉冲星和星际有机分子。现代天文学上的“两暗一黑”(即暗物质、暗能量、黑洞)还存在着许多的谜团。FAST接受和放大它们发来的微弱信号,有助于揭开这些谜团。

中国天文学会会员、天津市天文学会理事史志成表示,FAST是我国具有自主知识产权的科学设备,对国际同类设备将保持20年以上领先水平。它将探测宇宙中遥远的信号、物质,例如电磁波、微波、激光、宇宙中的各种气体、有机物、星际物质、恒星等的辐射信息。它将对脉冲星、类星体等各种暗弱辐射源进行更精密观测,对它们的物质结构、产生机制进行深入探索,有望对认识宇宙起源与演化过程作出贡献。

“宇宙中的生命体或高智商‘外星人’若存在,他们的产生、遗留之信息若存在于浩瀚天宇中,也有可能被FAST探测并接收到。”史志成说。 据新华社电正在建设中的FAST。(新华社2014年7月16日拍摄)

□比较

性能怎么样?

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10大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,FAST的综合性能提高约10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。

□释疑

都有啥特点?

全新的设计思路加之得天独厚的台址优势,使FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。首先,它利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址;其次,洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面,球冠反射面在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,使望远镜接收机能与传统抛物面天线一样处在焦点上;第三,采用轻型索拖动机构和并联机器人,实现接收机的高精度定位。

建成后,它是这个样子的。(三维效果图)

(原标题:天坑长“天眼”,可瞄“外星人”)

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