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提起“中国天眼”FAST,很多人都不陌生。这口巨大的“锅”,坐落在贵州深山里。但很少有人知道,它的诞生历经了多少波折。
4月11日,中国科学院国家天文台副台长、“中国天眼”总工程师姜鹏在国家科技传播中心学术发展讲堂开讲,介绍“中国天眼”从构想、建设到投用的全过程。
1972年,德国建造了埃菲尔斯伯格100米口径射电望远镜,半个世纪过去了,传统方式建造的射电望远镜最大口径依然停留在百米量级。难道百米就是射电望远镜的口径极限吗?有没有办法突破极限?这也是建造FAST的原动力。
“我们希望把人类的宇宙视野,再往前拓展一步。”姜鹏介绍,FAST的核心逻辑非常简单。抛物面能把平行的电磁波汇聚到焦点,这是射电望远镜采用抛物面设计的核心原因。但很少有人去计算:一个300米口径的抛物面,和球面的最大偏离距离是多少?20世纪90年代,南仁东和同事通过计算发现,只要选择合适的焦比,300米口径的抛物面与球面的最大偏离距离,只有0.47米,仅为口径的千分之一。
“如果我们先建造一个500米口径的基准球面,在球面上布置大量微小的驱动装置,只需要让反射面单元产生最大0.47米的位移,就能在球面的局部区域,实时形成一个300米口径的瞬时抛物面。想要观测哪个天区,就在对应的位置形成抛物面,余下的问题,就是如何把接收机精准地放在抛物面的焦点上。”姜鹏表示,如果这个偏离距离是4.7米、47米,都不会有今天的FAST。
可要把这个想法落地,还必须闯过三道关。
第一关是选址。FAST必须放在天然洼地里,否则开挖成本高到无法承受;必须远离电磁干扰,因为宇宙信号微弱到极致;必须排水通畅、地质稳定。经过十几年寻找,科学家最终选中贵州平塘大窝凼,这里几乎是为FAST量身定做的完美场地。
第二关是球面到抛物面的实时变形。FAST不是一口不会动的“锅”,它的反射面需要不停改变形状,在局部形成300米的抛物面。受阿雷西博望远镜启发,FAST采用了索网方案:用上万根钢索编织成一张柔性网兜,挂在500米口径的环梁上,就像气球一样,拽一拽就能变成抛物面,松一松就恢复成球面。
第三关是馈源的精准定位。传统望远镜的接收机平台又大又重,还会遮挡信号。FAST用六根钢索吊起30吨重的馈源舱,可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。
“中国天眼”的建成,是无数科学家叩问宇宙最深奥秘的、不可替代的底气。(记者 蔡琳)
