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感受“中国天眼”:你在月球上打电话,就可以

发布时间:19-12-06 阅读:226

跟着人类科学技巧的进步,遥望“宇宙之光”的天文学在20世纪30年代,衍生出新的分支学科——射电天文学。只管这是一个年轻学科,但成长至今,已经孕育发生了6项相关的诺贝尔奖。上世纪的“四大年夜天文发明”——类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射都是使用射电不雅测手段测得的。射电天文学堪称孕育重大年夜天文发明的摇篮,在国际天文学界已成共识。

作甚“射电”?它着实是天文学中的独占说法,指的是来自天体的无线电波。曾几何时,天下领先的射电天文千里镜均由欧美国家建造。2016年,500米口径球面射电天文千里镜(英文简写“FAST”)在贵州省平塘县建成,我国在相关领域跨入了天下先辈行列。

FAST是中国之最,也是天下之最,它由我国天文学家南仁东带领的团队于1994年提出构想,中国科学院国家天文台主导扶植,具有我国自立常识产权,是当当代界最大年夜单口径、最灵敏的射电天文千里镜。

本日,让我们一路走近这个遥望星空的国家大年夜工程——“中国天眼”FAST。

空中俯视“中国天眼”。张曦 供

登高远眺,

感知“天眼”规模之大年夜、能力之强

从1937年天下上第一架口径9.5米的射电天文千里镜建成至今,射电天文千里镜的口径赓续增大年夜,这是由于它的灵敏度与其反射面口径成正比。人类要想赓续探索迢遥深邃宇宙中的奥秘,就必须研制更大年夜口径的射电天文千里镜。

被称为天下最大年夜单口径射电天文千里镜的“中国天眼”,其反射面是由4450块、186种大年夜小不合的三角形反射板组成,每块板的匀称边长约为11米,其反射面总面积相称于30个标准足球场那么大年夜。

从1994年启动选址,到2011年动工,再到2016年落成,扶植者们用了22年光阴,建成了这座环球注视的“中国天眼”。

大年夜家可能会想,“中国天眼”除了大年夜,还有什么独特之处呢?捕获“天外之声”,探析宇宙奥秘,它有能力间接不雅测暗物质和暗能量,可从宇宙起源到星际介质的探索、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、对地外理性生命的搜索等方面,实现科学技巧的重大年夜冲破。

作为射电天文千里镜,“能捕捉到更微弱的旌旗灯号”才是核心能力所在。以是,“中国天眼”最为凸起的,便是其超强的灵敏度。正如我国闻名光电子学家王启明所说:“假设你在月球上打电话,FAST就可以探测到你的旌旗灯号。”因为胜人一筹的灵敏度,FAST能探测到更暗弱的天体。

美国物理学家约瑟夫·泰勒曾先容,自己在美国阿雷西博305米口径射电天文千里镜的赞助下,与另一学者合营发清楚明了双星系统脉冲星,继而使用该千里镜进行经久不雅测,为引力波的存在供给了坚实的证据,于1993年得到诺贝尔物理学奖。有关科学家说,FAST与被评为人类20世纪“十大年夜工程”之首的美国阿雷西博305米口径射电天文千里镜比拟,灵敏度前进2倍。

中国科学院国家天文台副台长郑晓年也表示,作为天下最大年夜的单口径千里镜,FAST将在未来10至20年内维持天下一流设备的职位地方。

深空打猎,科学家们分外盼望FAST能够发明银河系外新的天体,分外是快速扭转、密度极高的脉冲星。假如FAST能发明河外星系中的射电脉冲星,将在国际上具有创始性意义。

据懂得,虽然建成的光阴不长,但FAST工程的技巧团队已开始动手进行相关不雅测。

置身此中,

感知“天眼”设计之精、工程之巧

假如有幸能够走近“中国天眼”,那么你必然会被其各个环节的精美设计所震撼。

“中国天眼”有着数不尽的“神工天巧”,索网布局便是此中最亮眼的一个。作为主动反射面的主要支撑布局,其索网布局是反射面主动变位事情的关键点。它的一些关键指标,远高于国内皮毛关领域的规范要求。例如,主索长度节制精度须达到1毫米以内,主索节点的位置精度须达到5毫米以内。此中,索构件疲惫强度不得低于500兆帕,相称于国际规范定值的2.5倍。是以,它被视为当当代界跨度最大年夜、精度最高的索网布局。

6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索,完备地拼出了FAST的索网。拼装完成后,FAST的伟大年夜反射面看起来就像一口“超级大年夜锅”,6个支撑塔高高竖起,网格徐徐爬满了“锅”底,向上延伸“咬住”环梁,反射面面板一圈一圈铺满索网的闲暇,织完巨网。

这一索网布局,是天下上第一个采纳变位事情要领的索网体系。也便是说,索网可以根据不雅测天体的方位,启动匆匆动器节制下拉索,在FAST反射面的不合区域形成直径为300米的抛物面,以实现正确不雅测。有人把这个可移动的抛物面形象地称为“中国天眼”的“虹膜”。

提到“虹膜”,就不得不再说说“中国天眼”的“瞳孔”——馈源舱。馈源是指射电天文千里镜用来接管天体旌旗灯号的系统,馈源舱便是用于安顿这个系统的平台。

美国阿雷西博射电天文千里镜的馈源平台重近千吨,险些即是用固定轨道把平台架设在半空。这样的设计,虽有利于馈源的定位,却缩小了不雅测角度。FAST终极立异性地采取轻型索支撑馈源平台规划,把馈源舱减重到30吨,由6条600多米长的钢索吊在空中精准定位,偏差不跨越48毫米。这样的工程难度,天下上前所未有。

“我们采纳了光机电一体化技巧,立异性地提出了轻型索支撑馈源平台,并应用并联机械人进行二次精调,实现高精度指向跟踪。这也是FAST的‘三大年夜自立立异’之一。”FAST馈源支撑系统总工程师朱文白说,“经由过程卷扬机收放钢索,可以驱动馈源舱在一个间隔地面高140米至180米、直径为207米的球冠面上运动,最大年夜定位精度小于10毫米。”

FAST扶植之精美,还体现在选址上。科技职员使用平塘县喀斯特漏斗凹地,依托当地独特的山体上风,顺势建成了“中国天眼”。

“天然的喀斯特地形,可使雨水不会存积,与千里镜外形靠近的山体凹地,又可以令工程开挖量大年夜大年夜削减,从而节省工程造价。”国家天文台高档工程师朱明先容,科研职员对台址选择制订了异常“苛刻”的筛选指标,既要钻研台址自身的岩体布局、水文环境、是非轴比例、挖填方率是否相宜,还要考察台址山形的闭合环境、几何外形是否达标,着末再综合台址地区的地质灾难、地震风险、景象前提、无线电情况等是否满意前提。

颠末10余年的精挑细选和实地勘察,现址从一万多个备选地点中脱颖而出。

纵不雅中外,

感知“天眼”扶植之快、影响之广

我国的射电天文学钻研起步比国际上其他国家晚了许多年。“起步比别人晚,就要比别人花光阴多一点、走得快一点,否则永世赶不上。”FAST首席科学家、总工程师南仁东把生射中近三分之一的韶光都奉献给了FAST。

1993年,国际无线电科学同盟大年夜会在日本东京举行。有科学家提出,在举世电波情况继承恶化之前,人类应该建造新一代射电天文千里镜,接管更多外太空的讯息。南仁东觉得,这对中国来说是个千载难逢的好时机。“建造新一代射电天文千里镜”这个大年夜胆的设想油然而生。然而,对付20世纪90年代初的中国来讲,如斯设想可谓“胆量超大年夜”。

只管如斯,南仁东照样毅然决然地选择了坚持。他为找到一个相宜的台址,用了10余年光阴走遍贵州的山山水水,实地考察了上百个窝凼。

终于,2007年7月,FAST作为“十一五”重大年夜科学装配正式被国家赞许立项。从那一天起,FAST就犹如其英文缩写的含义(快速)一样,开始了快速扶植之旅。

FAST快在没有延期一天。工程扶植从2011年3月5日开工申报批复之日起,到2016年9月25日准期落成,历时2011天,全程没有出过重大年夜安然变乱。

FAST快在调试期不到两年。大年夜型千里镜的调试期一样平常跨越4年,比如美国绿岸GBT千里镜(100米)花了6年,意大年夜利SRT千里镜(64米)跨越5年。

FAST快在调试阶段就已开始进行早期科学钻研。在赓续校准“中国天眼”的“视力”历程中,中国天文学家们分秒必争地开展科学不雅测。在千里镜还不能移动的环境下,他们就采纳漂移扫描的要领,让地球自转带着“中国天眼”巡天。建成还不到一年,FAST就实现了正确跟踪不雅测模式,验证了它超高的灵敏度和千里镜效率。

FAST快在调试阶段就开始系统发明新脉冲星。今朝已发清楚明了90余颗脉冲星候选体。这归功于科学团队提前筹备,对团队成员进行了响应的不雅测及数据处置惩罚练习,开拓了立异搜索软件和数据库……

科技是国之利器,大年夜科学装配无疑是利器的锋刃,是当之无愧的国之重器。

22年铸就而成的“中国天眼”,值得信赖,更值得等候!

(本文刊于《解放军报》2019年11月22日11版)



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