江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅

「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅
文章图片
图1/14图1：位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的FAST望远镜鸟瞰图 ， 图片来源：FAST张蜀新来源：赛先生
说起中国“天眼” ， 大家大概都听说过 。 前几天我打车回国家天文台 ， 老司机一上来就很兴奋地问我：“您是天文台的？贵州那个天眼望远镜是你们的吗？”我颇有些自豪地说：“对对 ， 就是我们单位牵头建的 。 五百米口径 ， 现在是世界最大 。 ”然后司机就乐了：“五百米！真了不起！这么大的望远镜 ， 是不是能看得最远？晚上能看到很多星星吧？你们都看到了些什么好玩的？” 老司机的“灵魂三问”很直白 ， 但答案却没那么简单 。 那么简单 。
在回答这三个问题之前 ， 我们先来介绍一下天眼吧：
“天眼”望远镜 ， 天文学家一般叫它FAST ， 是英文Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope的简称 ， 中文是500米口径球面射电望远镜 。 其中 ， 500米是指FAST这口“锅”锅沿的直径 ， 球面是说“锅底”的形状是个球面而非抛物面 ， 而射电则是它的工作波段 ， 也就是说它主要用来接收无线电波 。
FAST目前是世界上最大的单镜面射电望远镜 ， 而在此之前的世界纪录保持者是位于美属波多黎各的阿雷西博（Arecibo）射电望远镜 ， 口径305米 。 FAST跟阿雷西博一样 ， 都是建在喀斯特地形的大坑里面 。 FAST基础硬件的建设用了五年 ， 而整个项目从最初的想法到最后验收 ， 则历时二十多年之久 。
「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅
文章图片
图2/14图2：位于波多黎各的阿雷西博望远镜 ， 口径305米 。 图片来源：naic.edu1993年9月 ， 国际无线电科学联盟第二十四届大会在日本东京召开 ， 与会天文学家提出要在地球射电环境进一步恶化之前 ， 尽快建设新一代的大射电望远镜（Large Telescope ，简称LT） 。 “天眼”之父南仁东先生并没有参加此次会议 ， 但是他了解到详情之后 ， 对这个项目产生了极大的兴趣 ， 希望这个大望远镜能花落中国 。
【「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅】这也许就是建设FAST的最初动力 。 这个LT项目后来改名叫平方公里阵（Square Kilometer Array ， 简称SKA） ， 也就是总接收面积可达1平方公里的望远镜阵列 。 随着南仁东等人的积极推动 ， 设计建在贵州喀斯特地形中的一批200米到300米的射电望远镜成为了SKA的候选计划之一 。
贵州的喀斯特地形不光形状合适 ， 地下排水容易 ， 不会因暴雨积水 ， 而且远离大城市的信号干扰 ， 是建造这种大型射电望远镜的绝佳台址 。 其余三个候选计划各有不同 ， 其台址分别位于澳大利亚、南非和南美 。 由于是多国合作的大型望远镜项目 ， 建造国之间的竞争非常激烈 。 2006年9月 ， SKA计划推进工作委员会排除了中国和南美的计划 。 现在的SKA计划选择同时建在澳大利亚和南非 ， 并采取成百上千面小型射电望远镜阵列的形式 。
虽然未能入选SKA ， 南仁东的大型射电望远镜设计理念却得到了很多顶级科学家的支持 ， 并于2007年7月在中国发改委正式立项 ， 成为中国自己主导设计和建设的大型望远镜项目 。 2011年3月25日 ， FAST工程正式在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼动工 。 五年后 ， 2016年9月25日 ， FAST落成启用 。 在经过三年半的调试期后 ， 2020年1月11日FAST通过国家验收 ， 正式进入运行阶段 。
「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅
文章图片
图3/14图3：FAST建设之前（左上）与建设之中（下）以及设计简图（右上） 。 图片来源： Li & Pan （2016）FAST最引人注目的 ， 首先自然是它的“大” 。 也许从上面的照片上并不容易感知它的大小 ， 实际上我第一次走近FAST的时候 ， 也是有一些失望的 ， 因为它看起来并不如想象中的大 。 不过若是走到它的圈梁上 ， 走完一圈需要多半个小时（PS：直径500米 ， 你能算出它的周长吗？咱们评论见！） ， 而从这口“大锅”的锅沿走到锅底 ， 则要一两个小时的时间 。 这时才会从心底惊叹于它的巨大 。
实际上 ， FAST巨大的口径并不是为了外表看起来更酷 ， 而是为了能看到更弱更远的信号 。 望远镜的主要原理是将遥远天体发射过来的信号收集起来汇聚到一个点上 。 由于天体过于遥远 ， 它发射到地球上的信号相当于是平行光 ， 基本是均匀分布的 ， 因此望远镜口径越大 ， 它所能收集的信号也就越多 ， 其收集信号的能力与望远镜的面积（注意不是口径）成正比 。
FAST的有效口径是300米 ， 阿雷西博望远镜（非线天线）的有效口径大约是200米 ， 美国的绿岸望远镜（Green Bank Telescope）是100米 ， 因此FAST的集光能力大约是阿雷西博的2倍 ， 绿岸望远镜的9倍（再PS：想一想 ， 为什么不是3倍？） 。 而且即便是未来的SKA一期中频（350 - 4000 MHz）部分的接收面积也是比不上FAST的 。
射电望远镜的“大锅”负责收集遥远天体发射过来的射电信号 ， 然后把这些信号反射汇集到一点 ， 由位于这个点上的接收机来转化成电信号并传送到附近机房里的终端仪器进行进一步分析 。 一般小型的望远镜镜面都是抛物面 ， 因为抛物面有个很好的特性 ， 就是可以把平行光汇聚到它的焦点上 。 然而阿雷西博和FAST因为过于巨大 ， 不可能做成可转动的抛物面 ， 因此它们的反射面都采用了更容易建造的球面 ， 而球面是没有焦点的 ， 也就是说它虽然能起到一定的汇集作用 ， 却无法将收集到的光子汇聚到一点 。


推荐阅读


上一篇：国家卫健委：7月14日新增确诊病例6例 均为境外输入

下一篇：「新浪科技综合」“我想静一静”，真的不止是想逃离这么简单新浪科技综合2020-07-15 10:10:410阅