2016年9月25日,500米口徑球面射電望遠鏡(Five hundred meter ApertureSphericalTelescope,英文簡(jiǎn)稱(chēng)FAST)正式竣工,這標志著(zhù)其終于取代波多黎各喀斯特地貌中的阿雷西博射電望遠鏡(Arecibo),成為新的射電望遠鏡之王。憑借500米的口徑,它不僅將在尺寸規模上創(chuàng )造單口徑射電望遠鏡的新世界紀錄,而且在靈敏度和綜合性能上,也將登上世界的巔峰。
1993年,國際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)合會(huì )上,包括中國在內的10國天文學(xué)家分析了射電望遠鏡綜合性能的發(fā)展趨勢,并提出建造下一代大射電望遠鏡的倡議。
在這一背景下,原北京天文臺提出了利用中國西南部的喀斯特地貌建造阿雷西博型大射電望遠鏡的中國方案,并經(jīng)過(guò)反復比較論證,最終選定貴州省黔南州平塘縣克度鎮金科村的大窩凼洼地為工程臺址。
據FAST臺址與觀(guān)測基地系統總工程師朱博勤介紹,在選擇臺址時(shí),主要需要考慮到三個(gè)問(wèn)題:造價(jià)、電磁波環(huán)境和基礎條件,而能滿(mǎn)足上述要求的最好選擇就是巖溶類(lèi)型的洼地“大窩凼”。理論上說(shuō),FAST望遠鏡能接收到137億光年以外的電磁信號,這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。而它的靈敏度非常高,極易受到電磁干擾,因此,需要保護臺址周邊寧靜的電波環(huán)境?!跋瘳F在的大窩凼,整個(gè)反射面幾乎都在埡口下面,這樣的話(huà)對電磁波的屏蔽,或者說(shuō)減少電磁波的干擾,特別有好處”,朱博勤表示,“可以說(shuō)這里是最適宜用來(lái)建造FAST工程的獨一無(wú)二的選址,到現在為止是最完美的?!?/div>
【三項自主創(chuàng )新打造“世界之最”】
在設計和建造中,FAST工程實(shí)現了三項自主創(chuàng )新,除了用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址之外,還有洼坑內鋪設數千塊單元組成500米球冠狀主動(dòng)反射面,球冠反射面在射電電源方向形成300米口徑瞬時(shí)拋物面,使望遠鏡接收機能與傳統拋物面天線(xiàn)一樣處在焦點(diǎn)上;以及,采用輕型索拖動(dòng)機構和并聯(lián)機器人,實(shí)現接收機的高精度定位。
主動(dòng)反射面是FAST望遠鏡的重要組成部分,共有4450塊反射面板單元,包括4273塊基本類(lèi)型和177塊特殊類(lèi)型。反射面單元邊長(cháng)為10.4米-2.4米,每塊單元重427.0公斤-482.5公斤,厚度約1.3毫米。
那么,面板和背架均為鋁合金材料制成,如果臟了怎么辦?FAST工程總工藝師王啟明告訴記者,貴州是個(gè)多雨的省份,面板上有很多孔,如果是灰塵的話(huà),雨水本身就可以起到?jīng)_刷的作用;而其他雜物,比如落葉等,則可以順著(zhù)球形落到底部再被清理。事實(shí)上,周?chē)臉?shù)木離FAST也有一段距離。
饋源支撐系統作為FAST工程三大創(chuàng )新技術(shù)之一,由支撐塔、索驅動(dòng)、饋源艙和艙??科脚_組成。饋源支撐系統副總工程師李輝介紹,6個(gè)支撐塔頂部都距地面100米以上,每個(gè)塔上伸出一根柔性鋼索,鋼索直徑46毫米,6根鋼索分成三組,合力將重達30噸的饋源艙吊起,而美國“阿雷西博”望遠鏡的饋源艙則重達1000噸。饋源支撐系統通過(guò)輕型索支撐饋源平臺,并使用并聯(lián)機器人進(jìn)行二次精調,實(shí)現了望遠鏡接收機的高精度指向跟蹤。
【未來(lái)將為人類(lèi)獲取關(guān)于宇宙的新知】
與德國波恩100米望遠鏡相比,FAST的靈敏度提高約10倍;而與美國“阿雷西博”305米望遠鏡相比,其綜合性能提高約10倍。
FAST以接收面積為突破方向,靈敏度與其口徑的二次方成正比,而可探測宇宙空間的體積與其口徑的三次方成正比。FAST投入使用后,可觀(guān)測的天體數目將大幅度增加,可為科學(xué)家提供更多更好的觀(guān)測統計樣本,可更可靠地檢驗現代物理學(xué)、天文學(xué)的理論和模型;它將搜尋到更多的奇異天體,其中蘊涵著(zhù)大量新發(fā)現的機會(huì )。
FAST竣工后將進(jìn)入緊張的調試-試運行觀(guān)測階段,使得各項指標達到最優(yōu)。在不遠的未來(lái),FAST將根據以下科學(xué)目標展開(kāi)觀(guān)測,為人類(lèi)獲取關(guān)于宇宙的新知:1、巡視宇宙中的中性氫,研究宇宙大尺度物理學(xué),以探索宇宙起源和演化;2、觀(guān)測脈沖星,研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結構與物理規律;3、主導國際低頻甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量網(wǎng),獲得天體超精細結構;4、探測星際分子;5、搜索可能的星際通訊信號?!?/div>