中国“天眼”:大不是目标 敏锐才是能力

2018-12-11 09:18:48 来源: 科学网 作者: 王静
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中国“天眼”——坐落于贵州西南喀斯特窝凼的中科院国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST),相当于30个标准足球场的面积,成功超越了美国于上世纪70年代建造的305米口径Arecibo,成为当之无愧的世界之最,也成为截至目前地球上最大的机器。然而,建造大口径射电望远镜并非科学家们追求的目标,天文学家们渴望弄清楚遥远的深空究竟隐藏了多少尚未发现的物质。

“我们的征程是星辰大海”,应“九三学社”邀请,中国科学院探月工程总体部首席科学家严俊,在12月6日“科普中国-科学大咖面对面”活动中这样表述。

为了辨析“深空微尘”,1993年参加国际电联的天文学家们共同提出了称之为“LT”的计划,即建造大口径射电望远镜,因为它是人类可供选择的观测宇宙的最佳途径。100米口径射电望远镜大约一个标准足球场大小,其探测精度可分辨小于百亿亿亿分之一瓦特的电磁信号,相当于1/N片雪花飘落地面释放的能量,射电望远镜可以感知到它的存在。

“天眼”实际上是更加灵敏的雷达,通过接受天体传来的电磁波对天体进行分析判断。与光学望远镜比,射电望远镜受到宇宙微尘的干扰更小,并可以实现全天候,全时段观测。随着科技的进步,人类干预宇宙空间电磁波的能力越来越强,在电波被人类彻底毁坏之前,若能回溯宇宙,或许能回答“宇宙初始来自何方?它是怎样的状态?”等一系列天文难题,严俊解释。由此,各国研究团队开始了新一代巨型射电望远镜工程的概念设计和研究。

严俊告诉来首都经贸大学聆听讲座的观众,上世纪90年代,中国的射电望远镜口径为25米,中国的天文学家们似乎比其它国家的同行更渴望“建造一架世界一流的巨型射电望远镜,在国际上实现中国射电望远镜从“追赶”到“领先”的跨越。1993年,国际同行的讨论促使中国的机会来临,1994年,中国天文学家着手可行性研究和选址工作。

经过10余年的努力,2016年,中国“天眼”终于落成,但它目前尚未开启正常观测模式,仍在调试中。

“巨型望远镜的调试涉及天文、测量、控制等多个学科,国际上传统的大型射电望远镜调试周期一般不少于4年。”严俊介绍,“FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式,调试工作也是一项高难度、具有挑战性的工作”。

常言道“尾大不掉”,FAST同样有这样的惯性。严俊进一步分析,FAST之大是优势,使其具备灵敏度却是难点之一。相对只有俯仰和自转轴两套驱动控制系统的射电望远镜而言,FAST仅反射面控制就需要2200多台促动器协同动作,形成了一个复杂的耦合控制系统,牵一发而动全身。

FAST除了灵敏度的控制,观测精度更是不容忽略。FAST直径500米,但要实现毫米级的多目标、大范围、高动态性能控制精度。这是工程师们必须接受的挑战。

FAST的精度要求,还表现在观测上。FAST建在洼地,大气的不均匀、湿度分布几位复杂,对光的折射影响也很大。FAST不能成为近视眼,模模糊糊看宇宙,需要矫正所有的干涉项,实现完美聚焦。所有这些都依靠调试。

现在,FAST的工程师们每天都提醒自己,要把FAST变成一架好用的望远镜,让科学家随时想看哪儿就能看哪儿,最后的日子依然艰辛,需要继续努力,但他们不会忘记初心。

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责任编辑:何沛苁