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“中國天眼”將大大拓展人類認知宇宙的視野
http://www.CRNTT.tw   2020-01-21 09:19:08
  中評社北京1月21日電/2020年1月11日, 由中國科學院國家天文台主導建設的500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,以下簡稱FAST)通過國家驗收,標誌著這項有“中國天眼”之稱的重大工程項目正式交付國家使用,同時也將對國內天文學家開放。

  FAST是我國具有自主知識產權的,世界最大單口徑的,最靈敏的射電望遠鏡。它的投入使用使得中國的天文學家終於有機會走到世界的最前沿。

  望遠鏡的發展歷史,其實就是追求靈敏度的歷史。而更靈敏的望遠鏡則需要具備更大的口徑,因為更大口徑的望遠鏡意味著更大的收光面積,也就意味著更強的對暗弱信號的探測能力。這樣天文學家就可以探測到更多的天體樣本,觀測到更遙遠的宇宙現象。這對於我們研究宇宙的演化歷史具有非常大的幫助。

  但是自從1972年德國人在波恩將望遠鏡的口徑做到100米之後,在近半個世紀內,採用傳統工作方式的望遠鏡都很難大幅突破這個工程極限。1994年,以南仁東為代表的一批懷揣夢想和激情的中國科學家提出建造500米口徑球面射電望遠鏡的設想。歷時22年之後,FAST最終於2016年在貴州喀斯特窪地建成。從此,世界射電天文望遠鏡的歷史開始由中國人改寫。


  FAST的反射面相當於30個足球場。如果把它比喻成一口鍋,裝滿水全世界每人可以分4瓶。這是常人難以想象的工程體量。在建造FAST的過程中,工程團隊也克服了一系列常人難以想象的困難。

  FAST的主體支撐結構是500米直徑的圈梁和索網、6座掛在懸崖峭壁的百米鋼塔、總面積25萬平米的4450塊反射面單元,其總重量近12000噸。在沒有大型機械輔助的前提下,要在現場條件極其苛刻的山區完成毫米級精度的500米跨度結構安裝,這是人類不曾遇到過的工程技術難題。為此,工程技術人員專門為FAST設計了極其特殊的安裝方案。很多國際專家學者來FAST參觀,不由感嘆:只有中國能做得了FAST。

  FAST設備構成極其複雜,近萬根鋼索與2000多台促動器組成的複雜耦合控制系統,使30個足球場大小的反射面能實時地根據天體目標的位置改變形狀。而饋源定位則首次採用輕型索拖動饋源平台的方案,即通過控制六索索長,控制饋源艙根據觀測需要在焦面上移動。饋源艙內還裝有AB軸和並聯機器人,可以進行二級調整以實現接收機高精度定位。這套世界上最大的柔索牽引並聯機構,要將30噸重的饋源艙在140米的高空、206米的範圍控制到毫米級的精度。巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式,造就了FAST調試所面臨的技術挑戰。

  FAST全新工作方式使得調試工作幾乎沒有可參考的成熟經驗,同時調試工作的安全風險極大,一個小失誤就可能會讓望遠鏡遭受滅頂之災。為此,調試團隊完成了一系列創新性的技術應用,例如基於力學仿真技術發展了反射面的實時控制系統、研製了基於全站儀、慣導、衛星導航的多系統數據融合測量技術,進而解決了望遠鏡調試所涉及的一系列測量、控制及安全評估等技術難題。

  FAST在2016年落成之後已經開始啟用,接收來自宇宙深處的電磁波。截止到2019年12月,FAST已成功發現近200顆脈衝星優質候選體,其中超過百顆已通過驗證。受益於FAST的超高靈敏度,我們已經能將國際脈衝星測時精度提升至少一個數量級,這將使人類有望首次具備探測納赫茲引力波的能力。同時,FAST也將極大擴展射電波段可觀測樣本的數量,拓展人類認知宇宙的視野。

  FAST在未來將幫助人類回溯宇宙最原初的影像,幫助我們理解快速射電暴這類最神秘天文現象的物理起源,讓我們有機會發現更加奇異的天體,例如脈衝星-黑洞雙星系統。那樣人類就可以首次精確測量黑洞的質量,還可以在更極端的引力場條件下檢驗愛因斯坦相對論的正確性。

  來源:中國網   作者:姜鵬(國家天文台研究員,“中國天眼”總工程師)


          
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