世界上最大的射电望远镜正式开建,为什么这些超级工程都诞生在中国?
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发布时间：2022-05-26 02:49
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时间：2024-12-05 15:49
有“天眼”之称的球面射电望远镜，是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜，拥有约30个足球场大的接收面积。与德国波恩100米望远镜相比，灵敏度高出了大约10倍。而这个望远镜就坐落在贵州的平塘县。
据新华网报道，我国500米口径球面射电望远镜(FAST)工程的重要设备——反射面单元面板下线。20日，第一批单元总数量1000个面板正式发运贵州，预计22日进行现场拼装。
据介绍，反射面面板是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。反射面单元是主动反射面系统的重要组成部分，由中国电子科技集团公司设计制造。总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”。这口“大锅”会动。FAST最大的特点是索网结构可以随着天体的移动自动变化，带动索网上活动的4450个反射面板产生变化，足以观测到任意方向的天体。
面板单元技术负责人、中国电子科技集团公司54所天伺部副主任郑元鹏告诉记者，这口“大锅”是口名副其实的“变形金锅”。面板中反射面单元为三角形，反射面单元在球面上所处的位置不同，其几何尺寸、倾斜角度、支承点位置、荷载大小和方向等都不相同。4450个边长在10.2米至12.4之间的反射面单元种类就近400种，而一个发射面单元又由100个“形态各异”的更小的单元拼接而成。
郑元鹏说，科研人员将根据索网节点坐标数据以及单元的安装尺寸要求，采用参数化设计方法，准确高效地给出每种单元的尺寸数据，构件数量达上百万件的单块子单元的表面精度最终能够控制在1毫米以上。正因为如此，4450个反射面每一个都可以进行对焦，灵敏度可达美国Arecibo望远镜的2倍。
中国电子科技集团公司产业部主任杨定江表示，FAST的设计技术方案除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线，开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等6个方面实现科学和技术的突破外，还将作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。
“FAST有能力将深空通讯延伸至太阳系外缘行星，将卫星数据接收能力提高100倍。”杨定江说。
射电望远镜的由来
两百多年前，人们认为从宇宙天体传来的唯一信息就是光。后来，英国的赫歇耳在测量太阳光谱时，发现在光谱的红端之外，也就是没有阳光的地方，温度竟然比可见光之处的温度还高，赫歇耳把这种热线叫做“看不见的光线”，现在我们知道，它叫“红外线”。
接着，人们又发现了看不见的“紫外线”。慢慢地，科学家逐渐意识到，除了可见光，宇宙天体还向我们传来一种看不见的信息。等到麦克斯韦建立完整的电磁学理论后，人们才彻底清楚：原来可见光只是一种电磁波，而在长长的电磁波谱上，可见光只占据极小的一部分。
既然可见光能带来宇宙的信息，那么可见光之外的电磁波肯定也能。
1924年，科学家在测量地球电离层的高度时，发现一个奇怪的现象：凡是波长短于60米的电磁波穿过大气层的电离层时，全都一去不返，没有反射回来。于是，人们认识到，既然波长短于60米的电磁波能从地球毫无遮挡地冲向宇宙，那么，从宇宙深处传来的，波长短于60米的电磁波同样也能穿过厚厚的大气层来到地球——这就是一个观察宇宙的无线电窗口。
1931年，美国贝尔实验室的央斯基用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。后来，美国人格罗特-雷伯建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年也接收到了来自银河系中心的无线电波，从此，射电天文学诞生了。
射电望远镜观测宇宙示意图。射电望远镜可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录﹑处理和显示系统等。
上世纪60年代，天文学取得了4项非常重要的发现，分别是脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子，而这四大发现都与射电望远镜有关。
为什么口径越大越好？
天文望远镜的分辨率跟望远镜的口径有关，在接收同样波长的电磁波时，望远镜的口径越大，分辨率就越高。这就是为什么，射电望远镜越做越大。
1955年，英国在曼彻斯特的焦德雷尔班克观测站建成可转动的洛弗尔射电望远镜，它的直径为76米。
1972年，德国在波恩市西南大约40公里的一个山谷中，建成了当时世界最大的全向转动射电望远镜，其抛物面天线直径达100米。
1963年，美国在中美洲波多黎各岛上建成阿雷西博射电望远镜。阿雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径球面天线，口径305米，这是目前世界上最大的单面口径射电望远镜，后扩建为350米。
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