“FAST”射電望遠(yuǎn)鏡

7月3日，中科院國(guó)家天文臺(tái)主持建設(shè)，位于貴州省平塘縣大窩凼洼地的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meter Aperture Spherical Telescope，簡(jiǎn)稱(chēng)FAST）完成最后一塊反射面單元的吊裝。根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，F(xiàn)AST將在2016年9月全部建成并初步投入使用，屆時(shí)，F(xiàn)AST成為世界上現(xiàn)役的口徑最大、最具威力的單天線(xiàn)射電望遠(yuǎn)鏡。

FAST的本體是由4000多塊反射面板組成的半徑500米球反射面，總面積約25萬(wàn)平方米，相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的大小。

中國(guó)擁有FAST的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，相比于前輩射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST射電望遠(yuǎn)鏡的創(chuàng)新就是主動(dòng)接受電磁波。在主反射鏡的每個(gè)面板上加入實(shí)時(shí)主動(dòng)的控制技術(shù)，整個(gè)望遠(yuǎn)鏡鏡面是由很多塊小面板拼成，通過(guò)主動(dòng)變形技術(shù)實(shí)時(shí)把面板形成有效照明口徑300米、焦比0.4665的旋轉(zhuǎn)拋物面，增加觀測(cè)范圍。據(jù)專(zhuān)家介紹，F(xiàn)AST的關(guān)鍵指標(biāo)將對(duì)國(guó)際同類(lèi)設(shè)備保持20年以上的領(lǐng)先水平。

多年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家一直依靠國(guó)外的射電望遠(yuǎn)鏡收集數(shù)據(jù)，也就是“二手”的觀測(cè)數(shù)據(jù)。FAST望遠(yuǎn)鏡落成之后，中國(guó)科學(xué)家將有機(jī)會(huì)第一時(shí)間獲取最新的數(shù)據(jù)，大大增強(qiáng)深空觀測(cè)能力。

據(jù)了解，F(xiàn)AST的首個(gè)應(yīng)用科學(xué)研究是尋找和研究宇宙中的脈沖星。專(zhuān)家介紹，脈沖星就像天體物理實(shí)驗(yàn)室，可以研究一些特殊天體物理和宇宙演化現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)脈沖星與黑洞組成的雙星系統(tǒng)，科學(xué)家可以利用脈沖星去研究黑洞周?chē)鷷r(shí)空。

此外，F(xiàn)AST建成使用，還可以將我國(guó)空間測(cè)控能力由月球同步軌道延伸到太陽(yáng)系邊緣，為我國(guó)火星探測(cè)等深空研究奠定重要基礎(chǔ)。

同時(shí)，科學(xué)家還準(zhǔn)備利用FAST超強(qiáng)的靈敏度，搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號(hào)，開(kāi)展對(duì)地外文明的搜索。

FAST射電望遠(yuǎn)鏡到底有多牛？有四大絕技

獨(dú)門(mén)絕技一：大口徑 看得遠(yuǎn)

射電望遠(yuǎn)鏡最重要的指標(biāo)參數(shù)就是靈敏度。靈敏度越高，望遠(yuǎn)鏡探測(cè)微弱無(wú)線(xiàn)電的能力越強(qiáng)。而要想提高靈敏度，就需要擴(kuò)大射電望遠(yuǎn)鏡的口徑。FAST的口徑達(dá)到了世界之最——500米。理論上說(shuō)，F(xiàn)AST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。

400年前人類(lèi)第一架天文望遠(yuǎn)鏡的口徑僅有4.2厘米，F(xiàn)AST的口徑是它的12000倍。與號(hào)稱(chēng)“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的靈敏度提高約10倍；與被評(píng)為人類(lèi)20世紀(jì)十大工程之首的美國(guó)阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高約2.25倍。作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST將在未來(lái)20-30年保持世界一流設(shè)備的地位，成為望遠(yuǎn)鏡家族的掌門(mén)人。

獨(dú)門(mén)絕技二：靈活自如的巨眼

根據(jù)FAST的工作原理，當(dāng)它觀測(cè)天體時(shí)，會(huì)隨著天體的方位變化，在其500米的球冠狀主動(dòng)反射面上實(shí)時(shí)形成一個(gè)300米直徑的瞬時(shí)拋物面，并通過(guò)這個(gè)300米的拋物面來(lái)匯聚電磁波。

形象地來(lái)說(shuō)，如果把FAST比作一只巨大的眼睛，那么這只巨眼的眼球直徑就有500米，而負(fù)責(zé)接收光線(xiàn)的眼珠直徑就有300米。FAST就是靠這個(gè)巨大靈活的眼珠來(lái)匯聚電磁波、觀測(cè)深空。

獨(dú)門(mén)絕技三：毫米精度

FAST的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里，否則，就無(wú)法監(jiān)聽(tīng)到宇宙中微弱的射電信號(hào)。500米的結(jié)構(gòu)，處處都是頭發(fā)絲般毫米級(jí)的精度要求。用來(lái)編織索網(wǎng)的7000多根手臂般粗細(xì)的鋼纜，每一根的加工精度都被控制在一毫米以?xún)?nèi)；最終的500米口徑的天線(xiàn)精度是三個(gè)毫米，每一塊小面板的制造精度是1.5個(gè)毫米。

獨(dú)門(mén)絕技四：深空獵手

首先，F(xiàn)AST能夠沖出銀河系，尋找新星，特別是快速旋轉(zhuǎn)、密度極高的脈沖星，F(xiàn)AST期望第一年就找到50-80顆銀河系外的脈沖星。FAST還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，掌握星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié)，揭秘宇宙的起源和演化。類(lèi)似的道理，F(xiàn)AST還能監(jiān)聽(tīng)到一些太空有機(jī)分子發(fā)出的獨(dú)特電磁波，搜索可能的星際通訊信號(hào)和外星生命。尋找外星生命是所有望遠(yuǎn)鏡的使命之一，也是科幻愛(ài)好者們關(guān)注的熱點(diǎn)，探索宇宙志在深空，巨大而靈巧的FAST，已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)，奇跡與驚喜，就在眼前。

射電望遠(yuǎn)鏡與射電天文學(xué)

千百年來(lái)，人類(lèi)只是通過(guò)可見(jiàn)光波段觀測(cè)宇宙，而自從發(fā)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)電之后，科學(xué)家意識(shí)到宇宙中天體的輻射覆蓋了整個(gè)電磁波段。由于無(wú)線(xiàn)電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無(wú)法通過(guò)的星際塵埃介質(zhì)，因而通過(guò)觀測(cè)射電信號(hào)可以幫助人類(lèi)探知更遙遠(yuǎn)的未知宇宙。

20世紀(jì)60年代天文學(xué)取得了四項(xiàng)非常重要的發(fā)現(xiàn)：脈沖星、類(lèi)星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子，被稱(chēng)為“四大發(fā)現(xiàn)”，這四項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。諾貝爾獎(jiǎng)歷史上基于天文觀測(cè)的10項(xiàng)獲獎(jiǎng)成果中有6項(xiàng)都出自射電望遠(yuǎn)鏡，可以說(shuō)，現(xiàn)代射電天文學(xué)已成為諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃。

射電望遠(yuǎn)鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠(yuǎn)鏡。射電望遠(yuǎn)鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠(yuǎn)鏡，有能夠全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的類(lèi)似衛(wèi)星接收天線(xiàn)的射電望遠(yuǎn)鏡，有射電望遠(yuǎn)鏡陣列，還有金屬桿制成的射電望遠(yuǎn)鏡。

世界著名射電望遠(yuǎn)鏡

美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡（ARECIBO）

美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡位于波多黎各島上的一座天然火山口當(dāng)中，是目前世界上已建成的、最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，其反射面口徑為350米，曾出現(xiàn)在“007”系列電影中。波多黎各島位于赤道附近，這個(gè)位置對(duì)于跟蹤和觀測(cè)行星、脈沖星和其他天體十分理想。

阿塔卡瑪大型毫米波天線(xiàn)陣（ALMA）

阿塔卡瑪大型毫米波天線(xiàn)陣位于智利北部的查南托高原，由64面口徑為12米的射電天線(xiàn)組成，是多個(gè)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)合作建造的大型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。這里海拔五千多米，是地球上氣候最干燥的地區(qū)之一，非常適合毫米波天文觀測(cè)。

德國(guó)埃菲爾斯伯格射電望遠(yuǎn)鏡(Effelsberg)

埃菲爾斯伯格射電望遠(yuǎn)鏡是目前世界上最大的全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡之一，位于德國(guó)波恩市西南方向約40千米的一個(gè)山谷中。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)波段很寬，從90厘米到3毫米。其靈敏度和分辨率較高，率先在毫米波段觀測(cè)到脈沖星的輻射，在射電星系、活動(dòng)星系核、星際分子等的觀測(cè)中也有上乘結(jié)果。

澳大利亞平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡

澳大利亞平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（ASKAP）位于澳大利亞的默奇森地區(qū)，由36架碟形天線(xiàn)組成，每架天線(xiàn)的直徑為12米。這一區(qū)域沒(méi)有其他無(wú)線(xiàn)電信號(hào)干擾，可以清楚地接收到來(lái)自宇宙的信號(hào)。

中國(guó)上海佘山65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡

中國(guó)上海佘山65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，是目前亞洲最大的可轉(zhuǎn)射電望遠(yuǎn)鏡，其主反射面面積達(dá)到了3780平方米，綜合性能為亞洲第一、世界第四。它可以觀測(cè)到100多億光年以外的天體，在我國(guó)的嫦娥探月工程、火星探測(cè)等一系列重要的深空探測(cè)任務(wù)中都有它的身影。