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天文|要做“大哥”的中国天眼 你了解多少？

导语：2020年12月1日 ， 受多年老化及维护不利影响 ， 位于波多黎各的美国“天眼“——阿雷西博射电望远镜发生严重坍塌事故 ， 并永久停止了运行 。
阿雷西博射电望远镜口径达305米 ， 始建于1963年 ， 曾是世界上最大的射电望远镜 。自中国”天眼”FAST建成后 ， 便一直与之并誉为“地球的双眼” 。但自2016年起 ， 政府中止了每年1200万美元的望远镜维护拨款 ， 进而导致美国永远失去了这一顶尖的单体望远镜 。
天文|要做“大哥”的中国天眼 你了解多少？
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坍塌的阿雷西博射电望远镜 图源：浙江日报
与之相反的是 ， 自2017年投入运行以来 ， 中国“天眼”FAST已经在天文学科研究中发挥了世界独一无二的重要作用 ， 并迫使欧洲在谈判中将其列入中国必须开放的科研工具 。这一中国奇观的建成 ， 背后离不开南仁东老先生23年间的持续贡献 。
“咱们也建一个吧”
1963年 ， 清华大学无线电系迎来了吉林省理科状元——南仁东 。随后南仁东师从王绶琯 ， 获得中国科学院理学博士学位 ， 并投身与天文学的研究之中 。在多年的科研生涯中 ， 南仁东四处奔波 ， 排队数年以借用其他国家的射电望远镜已成为家常便饭 ， 复杂繁琐的使用权申请与他国科学家的排斥 ， 让南仁东内心感到深深的疲惫和忧虑 。
1993年 ， 在日本国际无线电科学联盟大会上 ， 科学家们商议在全球电波环境继续恶化之前 ， 建造新一代射电望远镜 ， 以接收更多来自外太空的讯息 。会后 ， 南仁东向中科院提议道：“咱们也建一个吧” ， 并于1994年7月提出了“500米口径球面射电望远镜”(Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope ， FAST)的工程概念 。
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南仁东先生在天眼项目现场 图源：http://kp.cnhubei.com/kpgzz/201901/t4211358.shtml
【天文|要做“大哥”的中国天眼 你了解多少？】随后12年间 ， 南仁东带着300多张地形数据图走遍了中国的大江南北 ， 亲自敲定了FAST项目的立项、选址、设计与施工 。并参与了FAST项目中天文、力学、材料、机械、无线电等技术的研发与应用 。终于 ， 2016年9月25日FAST项目竣工启用 ， 南仁东已经在“建设世界最大的射电望远镜”这件事上耕耘了二十二年 。
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FAST示意图（图源：新华社 ， https://www.163.com/dy/article/G4OL07B60514R9L4.html）
未来20年内世界最大、最灵敏的射电天文望远镜
常见的天文望远镜按照探测目标来分类 ， 主要包括射电望远镜（探测无线电）、光学望远镜（探测可见光）、红外线、X射线、伽玛射线望远镜等 。其中射电望远镜又可分为球面射电望远镜、抛面射电望远镜、带形射电望远镜和望远镜阵（把单个射电望远镜连起来 ， 收集单个望远镜的数据）等 。其中 ， FAST归类于能够自动聚焦变形的球状射电望远镜 。
FAST位于贵州省平塘县的一处喀斯特洼地中 ， 直径500m ， 占地面积约30个足球场大 ， 天顶覆盖角度为40° ， 工作频率为70MHz－3GHz ， 是世界上仅有的规模最大 ， 也是最灵敏的巨型射电望远镜 ， 其已被列入中国九大科技基础设施之一 。
FAST项目由基础的喀斯特洼地、依托地表建设的索网主动反射面结构 ， 以及悬挂在中心的馈源支撑系统组成 。在喀斯特洼地的独特选址 ， 大幅减少了望远镜项目的工程量 ， 并增加了望远镜的直径 。依托地表搭建的主动反射面结构 ， 通过电动液压杆与地面连接 ， 这使FAST能够按照接受信号的方向自由改变发射角 ， 并在观测方向形成300米口径瞬时抛物面汇聚电磁波 ， 在地面改正球差 ， 以实现宽带和全偏振 。通过钢索与六座支撑塔连接的馈源舱与其中的精调并联机器人 ， 能够基于先进的双靶互瞄模式实现对太空信号的自动对准 ， 并将工程测量精度提高至4mm级别 。


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