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我眼中的FAST射电望远镜 精选

已有 21129 次阅读 2016-7-4 11:16 |系统分类:科普集锦|关键词:射电望远镜,FAST,宇宙| 宇宙, 射电望远镜, FAST

我眼中的FAST射电望远镜

不管人类的想象力多么无边无际,宇宙之奇妙,仍然远远超乎我们的想象


一、什么是射电望远镜?

我们对宇宙的研究,在某种程度上就像是盲人摸象,摸的地方多了,这头大象的形状也就慢慢清晰了。

从空间上,天文观测要对宇宙的各个天区进行观测,天文学上称之为巡天观测。

从观测波段上,现在的天文学已经发展到了全波段天文学。观测波段从高能的X射线、伽马射线,到紫外、可见、近红外和红外观测,再到波长更长的微波和无线电波的观测(天文学上称之为射电观测)。只有获取的宇宙信息越全面,我们才能得到客观的宇宙认知。

为了探索宇宙,天文学家需要研制各种各样的望远镜来观测宇宙。所有的望远镜,其实都是对电磁波谱各波段的观测,这些望远镜的主要区别在于观测波段的不同。有些望远镜虽然工作在同一波段,但工作原理不同。

说到射电望远镜,大家一定会迷惑什么是射电。射电其实是天文学中的独有说法,其他学科里通常叫微波和无线电波。手机信号、家里用的微波炉,都是工作在射电波段,波长从厘米波到米波。收音机工作的无线电波,也是工作在射电波段。

FAST望远镜模型


二、为什么叫FAST望远镜?

天文望远镜的学术名称一般都很复杂,为了有利于传播,所以往往会取一个通俗好记的名字。FAST望远镜的学术名称是500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radioTelescope),英文缩写是FAST。国家天文台建设的另一个大科学工程是位于河北兴隆雾灵山顶的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(Large Sky Area Multi-Object Fiber SpectroscopicTelescope ),英文缩写为LAMOST,是一架视场为5度横卧于南北方向的中星仪式反射施密特望远镜,现在的正式名称为郭守敬望远镜。


三、FAST望远镜算是完工了么?

FAST望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,英文简称刚好是FAST)从1994年开始选址论证,经过13年的预先研究,2007年立项,2011年开工建设,201673日主体结构完工。FAST望远镜主体结构完工后,还需要进行软件安装、调试、试运行、数据处理和分析研究,要开展业务化常规观测还有相当长的路要走。这就像我们盖房子时结构封顶一样,还需要进行内部装修和设备安装、调试,时间还非常长。


曾经宁静的小村庄


台址开挖

圈梁施工


反射面板铺设


主体结构完工


四、FAST望远镜的科研用途有哪些?

FAST望远镜主要用于研究脉冲星、中性氢、黑洞吞噬小天体、星体演化、外星文明搜寻等。FAST望远镜在深空探测领域也有重要用途,当深空探测器飞行距离越来越远,地面接收和发送的信号强度越来越微弱,需要有强大的地面望远镜来接收这些微弱的信号,给我们发来那些遥远天体上的山河湖海、火山、大气、极光和闪电等。


五、与国内外同类望远镜相比有什么优势?

FAST望远镜的标准名称是500米口径球面反射射电望远镜,是世界上最大的单口径球面射电望远镜。德国波恩有一个100米口径的大型射电望远镜,FAST望远镜的观测灵敏度将比它提高10倍。

在此之前,美国在波多黎各建设的直径310米的阿雷西博射电望远镜是世界上最大的。但今年6月传出消息,由于运营经费不足,阿雷西博望远镜面临关门的命运。

阿雷西博射电望远镜的面板是不能动的,而FAST射电望远镜的反射面由2000多块面板组合而成。每一块面板下安装有一个促动器,可以调整面板的观测角度,将一部分面板组合成等效口径300米的抛物面望远镜。

除此之外,上海佘山有一个65米直径的天马望远镜,北京密云有一个50米的射电望远镜,云南昆明有一个40米的射电望远镜,也都是中科院天文台系统运行的射电望远镜。


六、FAST望远镜为何选址贵州?

FAST望远镜选址在贵州省黔南州平塘县克度镇金科村大窝凼地区,是一个典型的喀斯特岩溶洼地。大窝凼的地形就像一个完美的球面,使FAST望远镜建设可以减少大量土石方开挖工程,节约研制建设经费。


七、FAST望远镜这么大的集雨面积不怕被淹吗?

FAST望远镜的每一块面板都是镂空的,雨水可以快速渗漏。集中到望远镜底部后就可以通过地下暗河排出,这也是FAST望远镜选址喀斯特地区的重要优势。喀斯特地区洞穴系统十分发达,地下河网密布,有利于快速排水。


八、FAST望远镜对工程技术有何推动?

FAST望远镜通过50根梁柱托起巨大的反射面,望远镜的直径为500米。在圈梁上走一圈,需要半个多小时。其反射面的面积相当于30个足球场。

作为一个国家投资12亿人民币建设的一个大科学工程,FAST望远镜的建设过程中,克服了大量的工程建设难题,包括结构、力学、建筑、土石方开挖、抗疲劳索网、轻型面板设计和制造。这些技术的研发并向国民经济其他领域的转移,将推动传统产业的转型升级。

同时,作为一个涉及科学、工程、技术、管理等众多领域的大科学工程,长期、稳定、可靠运营,确保获得科学产出,是FAST望远镜面临的下一个重要考验。


九、FAST望远镜对科普和旅游有何意义?

有的人会问,为什么要建这么大的望远镜,耗资那么大,到底有什么用?

数理化天地生,被称之为六大基础学科,我们从小就被教导“学好数理化,走遍天下都不怕”。但实际上,我们长期忽视天文学科的发展。绝大多数中小学至今没有开设天文课。如果缺少对整个宇宙的认知,我们很难树立起完整、正确的世界观和宇宙观。

好莱坞大片里,经常会看到大尺度的大科学装置作为科幻片的拍摄现场或背景。美国在波多黎各的阿雷西博望远镜,曾经作为《007 黄金眼》、《超时空接触》、《异种》等大片的拍摄场地。所以,FAST望远镜除了履行其科研功能,获得新的科学发现外,也是科学普及、科幻创作、摄影、旅游的极佳场所,我相信未来有大量的科普作品、科幻片、天文摄影是以FAST望远镜为背景来展开的。


本文为应科学网邀请写科普贴,是根据本人理解完成,仅为个人观点。




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