走进FAST——了解中国“天眼”的“前世今生”

发布时间: 2016-09-26 13:20:08  |  来源: 中国网•中国发展门户网  |  作者: 杨霄霄  |  责任编辑: 杨霄霄
关键词: FAST,天眼,500米口径球面射电望远镜

中国科学院国家天文台FAST工程办公室供图

中国网/中国发展门户网讯 (记者杨霄霄)2016年9月25日,500米口径球面射电望远镜(英文简称FAST)正式竣工,这标志着其终于取代波多黎各喀斯特地貌中的阿雷西博射电望远镜,成为新的射电望远镜之王。

日前,记者来到位于贵州省黔南州平塘县克度镇绿水村的“大窝凼”洼地,参观被誉为中国“天眼”的FAST,并有幸通过工程师们的介绍,进一步了解中国“天眼”的“前世今生”。

“中国方案”的提出与“独一无二”的选址

1993年,国际无线电科学联合会上,包括中国在内的10国天文学家分析了射电望远镜综合性能的发展趋势,并提出建造下一代大射电望远镜的倡议。

在这一背景下,原北京天文台提出了利用中国西南部的喀斯特地貌建造阿雷西博型大射电望远镜的中国方案,并经过反复比较论证,最终选定贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地为工程台址。

FAST台址与观测基地系统总工程师朱博勤告诉记者,在选择台址时,主要需要考虑到三个问题:造价、电磁波环境和基础条件,而能满足上述要求的最好选择就是岩溶类型的洼地“大窝凼”。 理论上说,FAST望远镜能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。而它的灵敏度非常高,极易受到电磁干扰,因此,需要保护台址周边宁静的电波环境。“像现在的大窝凼,整个反射面几乎都在垭口下面,这样的话对电磁波的屏蔽,或者说减少电磁波的干扰,特别有好处”, 朱博勤表示,“可以说这里是最适宜用来建造FAST工程的独一无二的选址,到现在为止是最完美的。”

三项自主创新打造“世界之最”

在设计和建造中,FAST工程实现了三项自主创新,除了用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址之外,还有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;以及,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。

主动反射面是FAST望远镜的重要组成部分,共有4450块反射面板单元,包括4273块基本类型和177块特殊类型。反射面单元边长为10.4米-2.4米,每块单元重427.0公斤-482.5公斤,厚度约1.3毫米。

那么,面板和背架均为铝合金材料制成,如果脏了怎么办?FAST工程总工艺师王启明告诉记者,贵州是个多雨的省份,面板上有很多孔,如果是灰尘的话,雨水本身就可以起到冲刷的作用;而其他杂物,比如落叶等,则可以顺着球形落到底部再被清理。事实上,周围的树木离FAST也有一段距离。

馈源支撑系统作为FAST工程三大创新技术之一,由支撑塔、索驱动、馈源舱和舱停靠平台组成。馈源支撑系统副总工程师李辉介绍,6个支撑塔顶部都距地面100米以上,每个塔上伸出一根柔性钢索,钢索直径46毫米,6根钢索分成三组,合力将重达30吨的馈源舱吊起,而美国“阿雷西博”望远镜的馈源舱则重达1000吨。馈源支撑系统通过轻型索支撑馈源平台,并使用并联机器人进行二次精调,实现了望远镜接收机的高精度指向跟踪。

未来将为人类获取关于宇宙的新知

与德国波恩100米望远镜相比,FAST的灵敏度提高约10倍;而与美国“阿雷西博”305米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。

FAST以接收面积为突破方向,灵敏度与其口径的二次方成正比,而可探测宇宙空间的体积与其口径的三次方成正比。FAST投入使用后,可观测的天体数目将大幅度增加,可为科学家提供更多更好的观测统计样本,可更可靠地检验现代物理学、天文学的理论和模型;它将搜寻到更多的奇异天体,其中蕴涵着大量新发现的机会。

FAST竣工后将进入紧张的调试-试运行观测阶段,使得各项指标达到最优。在不远的未来,FAST将根据以下科学目标展开观测,为人类获取关于宇宙的新知:1、巡视宇宙中的中性氢,研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化;2、观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;3、主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;4、探测星际分子;5、搜索可能的星际通讯信号。

在被问起日后是否会邀请外国专家前来调研时,FAST项目组的专家表示,事实上在项目建设过程中,很多外国专家都提供了支持和帮助,天文学是一个非常开放的学科,有很多国内和国际的合作,但开放需要有步骤有计划,当望远镜的各项指标调整到最佳时,就会对外开放。

FAST的综合设计体现了我国的自主创新能力,其建设将推动众多高科技领域的发展,提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力。

作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来10-20年保持世界一流设备的地位。

返回顶部