最后一块镜片完工!这口世界第一的“大锅”究竟有多牛…

2016-07-03 14:47  来源:中青报·中青在线

  导读

  2016年7月3日,贵州省平塘县,躺在大窝凼里的FAST望远镜安装上了最后一个反射面。这一天,如同点睛一般,让望向太空的“天眼”睁开。

  每一个如同你我的渺小人类,因为这个,有了更多拥抱宇宙的可能。这一切让小编感慨万分,回忆起每一个渴望触摸宇宙星辰的瞬间。来吧,跟着小编,让我们一起走近FAST,重温梦想。

  什么是FAST?

  FAST,即500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter ApertureSpherical radio Telescope,FAST)。这个工程是“十一五”国家重大科技基础设施建设项目,建造世界第一大单口径射电望远镜—500米口径球冠状主动反射面射电望远镜,以实现大天区面积、高精度的天文观测。被人称作“观天巨眼”,或者倾听宇宙讯号的“大耳朵”。

  FAST在哪?它是什么样的?

  FAST望远镜选址于贵州省平塘县,而这也是FAST工程的创新之一:利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址。而另外的两项创新,一是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;二是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。

  我猜屏幕那头的你还是一头雾水?一言不合我们先来一张图吧!

  FAST主要能做什么?

  猜你跟小编有一样的疑问:有了它,我们就能找到外星人了吗?我想不排除这个可能性,因为“搜寻地外文明”的确是目标之一,而那就是外星人的世界啦。但是这只是最末位的科学目标,“大耳朵”有着更艰巨的任务。

  在科学方面,它能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;观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;探测星际分子;搜索可能的星际通讯信号。它试图回答的是更久远的问题,比如宇宙演化、脉冲星探测和星际分子。它将帮助解开宇宙初始混沌、暗物质分布与大尺度结构,以及星系演化等领域的谜团。

  在工程方面,它的建成将推动我国在天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大跨度结构、公里范围高精度动态测量等众多高科技领域的发展。

  建成后的FAST将在日地环境研究、搜寻地外文明、国防建设和国家安全等国家重大需求方面发挥不可替代的巨大作用。

  同时,它的建设与运行将促进西部经济的繁荣和社会进步,符合国家区域发展的总体战略。同时,以FAST为主体的天文科普基地将推进我国的科普工作,教育青少年、宣传公众与决策层,为科教兴国的长远战略目标服务。

  FAST有哪些傲人的特点?

  它拥有30个足球场大的接收面积,将是国际上最大的单口径望远镜。FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。如果绕着围在FAST上沿、周长1.6公里的白色圈梁步行一圈, “丈量”射电望远镜的规模将花费40分钟。专家介绍,这里开挖出90万方土石,修建了7公里的进场道路。

  灵敏度提高约10倍,与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比。FAST的基本原理与人们常见的锅式卫星天线相似,即抛物面反射信号、馈源接收信号。

  从构造上来说,它拥有6个支撑塔,6条柔性钢索分别从它们“伸出”,这就使得直径13米、重30吨的馈源舱悬吊在半空。而绳索的收放,使它能够在距离地面高140—180米、直径为207米的球冠面上按照科学家的要求运动。

  反射面板也体现了它的精确。4450个边长在10.2米至12.4米之间的反射面单元分为400多种,每个反射面单元又由100个形态各异的更小单元拼接而成。攻关团队将构件数量达上百万件的单块子单元表面精度控制在1毫米以上。每块反射面上都可以进行对焦,使其灵敏度是阿雷西博望远镜的两倍多、德国波恩100米望远镜的10倍。

  其综合性能提高约10倍,与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比。

  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。

  如此巨大的工程,建设历程是怎样的?

  FAST工程的主要建设内容是在贵州喀斯特洼地内铺设口径为500米的球冠形主动反射面,通过主动控制在观测方向形成300米口径瞬时抛物面,采用光机电一体化的索支撑轻型馈源平台,加之馈源舱内的二次调整装置,在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,实现高精度的指向跟踪,在馈源舱内配置覆盖频率70MHz~3GHz的多波段、多波束馈源和接收机系统,针对FAST科学目标发展不同用途的终端设备。同时,在台址附近建造观测基地园区,力争打造一流的天文观测站。

  为实现这一建设目标,需要完成以下六项主要建设内容。

  1)台址勘察与开挖:勘察台址工程地质和水文地质条件,清理开挖洼地,使其满足望远镜建设的需要。

  2)主动反射面:建设上万根钢索和数千个反射单元组成的球冠型索膜结构,口径500米,球冠张角110-120°,变形抛物面的均方差为5毫米。

  3)馈源支撑:建设公里尺度的钢索支撑体系,在馈源舱内安装并联机器人用于二级调整,最终调整定位精度为10毫米。

  4)测量与控制:建设洼地中基准网和基准站,激光全站仪和GPS测量系统,百米距离测量精度2毫米。采用总线及多层控制技术实现数千点自动控制和望远镜协调运行。

  5)接收机与终端:根据FAST科学目标,工作频率覆盖70MHz~3GHz。研制馈源(其中包括19波束多波束馈源)、低噪声致冷放大器、宽频带数字中频传输设备、高稳定度的时钟和高精度的频率标准设备等。配置多用途数字天文终端设备等。

  6)观测基地建设:建立望远镜总控室、终端设备室等、各关键技术实验室、办公楼和综合服务体系等。

  今天要“点睛”啦,现场是怎样的?

  现在“天眼”什么样?小编其实跟你有一样的疑惑。来来来,点这个图,和小编一起穿越到现场吧,观看独家全景视频探访FAST吧!

作者: 编辑:李易淋