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“希望能有劃時代的發現。”科幻小說家劉慈欣早前在出席FAST項目完工儀式時這樣對媒體說。不可否認,劃時代的發現和望遠鏡關係緊密,望遠鏡對人類探索宇宙和地外文明至關重要。
9月25日,一口“大鍋”在中國貴州省平塘縣克度鎮的大山裏建設完畢。“大鍋”是百姓對它的俗稱,其實它有一個很學術的名字:500米口徑球麵射電望遠鏡,簡稱FAST。按照設計,這口大鍋能夠“看”到遠在137億光年的星體。
提前“上崗”的“天眼”
在FAST完工之前,科研人員也做一些試驗觀測,檢測設備性能。沒想到,在9月17日的一次試觀測中,FAST就接收到了一顆距離地球1351光年的脈衝星的信號。國家天文台副研究員錢磊說,我們試觀測得到的最好的脈衝星數據是J1921+2153星的數據。這顆星位於1351光年以外,我們現在接收到的這些電磁波,是它在大約1351年以前發出的。
大鍋其實就是天線,通過它能夠接收到遙遠星空的電磁波。這就像家用“鍋蓋天線”,鍋蓋口徑越大,能看的電視台越多,畫麵也越清晰。FAST工程總工藝師王啟明說,全世界的射電天文學家都在追求建造更大口徑的望遠鏡,以提高靈敏度。
在FSAT建成之前,世界有兩個最大的射電“天眼”。德國100米直徑的“埃菲爾斯伯格”和美國300米直徑的“阿雷西博”。天文學家還想要更大口徑、更高靈敏度的望遠鏡。
1993年在東京召開的國際無線電科學聯盟大會上,包括中國在內的10個國家的天文學家提出建造新一代射電“大望遠鏡”的(de)設(she)想(xiang)。他(ta)們(men)期(qi)望(wang),在(zai)地(di)球(qiu)的(de)電(dian)波(bo)環(huan)境(jing)被(bei)徹(che)底(di)破(po)壞(huai)之(zhi)前(qian),真(zhen)正(zheng)看(kan)一(yi)眼(yan)初(chu)始(shi)的(de)宇(yu)宙(zhou),弄(nong)清(qing)宇(yu)宙(zhou)結(jie)構(gou)是(shi)如(ru)何(he)形(xing)成(cheng)和(he)演(yan)化(hua)的(de),隻(zhi)有(you)大(da)射(she)電(dian)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)才(cai)能(neng)幫(bang)助(zhu)人(ren)類(lei)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)夢(meng)想(xiang)。如(ru)果(guo)失(shi)去(qu)這(zhe)一(yi)機(ji)會(hui),人(ren)類(lei)就(jiu)隻(zhi)能(neng)到(dao)月(yue)球(qiu)背(bei)麵(mian)去(qu)建(jian)造(zao)同(tong)樣(yang)口(kou)徑(jing)的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)了(le)。
中國人承擔了追求天文學家這一夢想的實踐。
精度到毫米的“天眼”
FAST靈敏度極高,能夠接收遙遠脈衝星發射的電磁波,包括極其微弱的電磁波。
脈衝星1967nianbeifaxian,shiyizhonggaosuxuanzhuandezhongzixing,juyouchaoqiangdecichang。youdemaichongxingmeimiaokeyizizhuanjibaiquan,jiuxianghaibiandengta,xuanzhuandeguangzhubutingdisaoguodiqiu。
guojiatianwentaifuyanjiuyuanqianleishuo,gaopindedianciboxiandaodadiqiu,dipindedianciboyougeyanchi。dangdiqiuyumaichongxingjulihenyuanshi,zhegeyanchideliangjiuda。womenjiushiliyongzhegeyanchidelianglaituiduanmaichongxingyudiqiudejulide。
FAST能有如此高的靈敏度是設計建造者追求毫米精度的結果。
望遠鏡是通過天線鍋(反射麵)來接收信號的。FAST工程總工藝師王啟明說,主動反射麵是FAST的重要組成部分,通過它的反射聚焦,把信號聚攏到一點上,提供給饋源接收機接收。
要安裝反射麵,就需要先製造和安裝索網。這是世界上跨度最大、精度最高的索網結構。索網由約7000根主索和2300根下拉索組成。索網上鑲嵌著4450塊反射板,每塊邊長 10.4—12.4米,每塊單元重427.0—482.5公斤,厚度約1.3毫米。
FAST的主動反射麵大約25萬平方米,相當於30個足球場的麵積。FAST的設計目標就是把這覆蓋30個足球場的信號,聚集在一個藥片大小的空間裏,這就必須達到毫米級精度。
同樣,接收無線電信號的饋源艙定位也需要控製在毫米級的水平。FAST工程副總工藝師孫才紅告訴記者,我們通過6個鐵塔下機房內的卷揚機收放鋼索,從而驅動饋源艙在一個距離地麵高140—180米、直徑為207米的空中球冠麵上運動,從而精確地到達反射麵的焦點位置,實現對射電源的跟蹤、掃描。可以說,每一部分的位移都要控製在毫米級。
正是這些毫米級的精細控製,才保證了FAST的高靈敏度。工程常務副經理鄭曉年說,FAST的靈敏度將比德國的“埃菲爾斯伯格”提高約10倍,綜合性能將比美國“阿雷西博”提高約10倍。
會轉動眼珠的“天眼”
“這隻碩大的天眼它是可以活動的。”王wang啟qi明ming說shuo,根gen據ju觀guan測ce的de方fang向xiang,它ta會hui拉la扯che索suo網wang來lai變bian形xing天tian線xian鍋guo。如ru同tong人ren類lei轉zhuan動dong自zi己ji的de眼yan珠zhu,這zhe樣yang遙yao遠yuan的de太tai空kong對dui它ta來lai說shuo將jiang不bu存cun在zai方fang向xiang上shang的de死si角jiao。美mei國guo阿e雷lei西xi博bo望wang遠yuan鏡jing,它ta是shi固gu定ding在zai地di麵mian上shang不bu動dong的de。
據介紹,FAST靠鍋底的變形來變換天線的方向,變形是由與索網相連的2000多個小電機控製的。這些電機配合動作,控製著索網的形狀。整個變形過程,由激光定位係統來校準。
4450kuaifanshebanxingchengyigejudadeqiumian,zhegeqiumiantongguosuowangtixikeyibianxing。suowangzhongdexialasuoshiyucudongqihedimaoxianglianjiede,xuyaoqiumianbianxingshi,cudongqihuiladongsuowangshixianqiumianbianxing。bianxingzhonghuizaishidangdeweizhixingchengyige300米直徑的拋物麵(隻有拋物麵才能聚焦信號),使信號彙聚到一點,讓饋源艙能夠接收。
6索並聯驅動控製係統是FAST項xiang目mu核he心xin部bu件jian饋kui源yuan艙cang的de主zhu控kong製zhi係xi統tong,它ta可ke以yi控kong製zhi饋kui源yuan艙cang進jin行xing姿zi態tai位wei置zhi調tiao整zheng,從cong而er精jing確que地di達da到dao反fan射she麵mian的de焦jiao點dian位wei置zhi,使shi饋kui源yuan艙cang獲huo取qu信xin號hao能neng力li達da到dao最zui佳jia。就jiu像xiang人ren的de睫jie狀zhuang體ti一yi樣yang,能neng夠gou調tiao節jie眼yan球qiu的de焦jiao距ju使shi眼yan球qiu能neng清qing晰xi地di看kan清qing遠yuan近jin物wu體ti。
“作為世界最大的單口徑望遠鏡,FAST有望在未來20—30年保持世界一流設備的地位。”鄭曉年說。
瞄準地外生命的“天眼”
國家天文台副研究員鄭永春博士在介紹FAST的用途時說,FAST主要用於研究脈衝星、中性氫、黑洞吞噬小天體、星體演化、外星文明搜尋等。
科學家希望能夠借助FAST發現更多的脈衝星。FAST工程首席科學家、總工程師南仁東說,現在我們觀測到的2000多顆脈衝星,全都是銀河係內的。想必別的星係也會有脈衝星。FAST會對準別的星係,發現更多奇特的脈衝星,了解它到底是什麼。
中性氫雲團的運動也是FAST觀(guan)測(ce)的(de)科(ke)學(xue)目(mu)標(biao)之(zhi)一(yi)。中(zhong)性(xing)氫(qing)是(shi)宇(yu)宙(zhou)中(zhong)未(wei)聚(ju)攏(long)成(cheng)恒(heng)星(xing)發(fa)光(guang)發(fa)熱(re)的(de)氫(qing)原(yuan)子(zi),是(shi)一(yi)個(ge)質(zhi)子(zi)加(jia)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)。中(zhong)性(xing)氫(qing)雲(yun)團(tuan)的(de)運(yun)動(dong)反(fan)映(ying)了(le)早(zao)期(qi)宇(yu)宙(zhou)的(de)蛛(zhu)絲(si)馬(ma)跡(ji)。FAST觀測中性氫,就可能獲知星係之間互動的細節,甚至發現第一代天體以及宇宙漫長發育曆程的線索。
當然,公眾最感興趣的還是FAST能否搜尋到外星文明。1967年nian,科ke學xue家jia在zai發fa現xian脈mai衝chong星xing時shi,看kan到dao這zhe種zhong電dian磁ci信xin號hao極ji其qi規gui律lv,因yin而er認ren為wei這zhe是shi外wai星xing人ren發fa出chu的de信xin號hao,後hou來lai才cai知zhi道dao這zhe是shi一yi種zhong高gao密mi度du恒heng星xing的de信xin號hao。工gong程cheng副fu總zong工gong藝yi師shi孫sun才cai紅hong說shuo,無wu線xian電dian台tai、衛星電視發出的無線電信號,都存在人為編碼。而天體信號是一種類似有規則的隨機信號,不會有人為調製的痕跡。如果FAST能收到太空中有編碼的信號,肯定不屬於天體現象。那會不會是外星文明呢?
孤獨的地球人類總是希望宇宙中能有自己的難兄難弟。連美國《基督教科學箴言報》在報道FAST時也迎合了一下讀者的口味:“中國剛剛建成的全球最大單口徑射電望遠鏡將可能回答人類探索宇宙的一個最古老問題:外太空是否有其他生命的存在?”
我們等待著FAST的回答。

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