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天眼:只用 52.4 秒,听见宇宙心跳 | 战略连线
2017-11-23 00:11
来源:中国战略新兴产业

  本文首发于2017年11月18日

  《中国战略新兴产业》

  本刊记者 顾彦

  500 米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope),简称 FAST,又被形象地称作中国“天眼”,是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。由我国天文学家南仁东于 1994 年提出构想,历时 22 年建成,于 2016 年 9 月 25 日落成启用。

  FAST 借助天然圆形溶岩坑建造,坐落在贵州黔南州平塘县克度镇的大窝凼。这里是一个圆形天然喀斯特洼地,周围三座山峰三足鼎立,相互之间的距离都在 500 米左右,恰好能容纳直径 500 米的 FAST,可以大大减少土石方开挖量。三座山峰犹如搭起了一个天然炉灶,稳稳地架起了一口直径 500 米的“锅”。

  射电望远镜的基本原理是接收不可见的电磁波,投射来的电磁波被精确镜面反射后,利用抛物面实现同相聚焦,收集天体的射电辐射,再将这些信号加工、转化成可供记录、显示的形式。它由天线和接收系统两大部分组成,主要用于接收来自太空中的各种天体发出的无线电信号。

  FAST 突破了射电望远镜的百米极限,口径 500 米,总重量超过 2000 吨,工程造价约 12 亿元,反射面总面积约 25 万平方米,相当于近 30 个足球场。反射面是 FAST 望远镜的重要组成部分,共有 4450 块反射面板单元,包括 4273 块基本类型和 177 块特殊类型,每块反射面单元边长为 10.4 - 12.4 米,重 427.0 - 482.5 千克,厚度却仅有约 1.3 毫米。

  对于射电望远镜而言,灵敏度越高,探测微弱无线电的能力就越强。作为目前世界上口径最大的射电望远镜,FAST 无疑具备极高的灵敏度,与号称“地面最大的机器”的德国波恩 100 米望远镜相比,灵敏度提高约 10 倍,并且将在未来 10 - 20 年保持世界一流设备的地位。理论上讲, FAST 能接收到 137 亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于目前可视宇宙的边缘。FAST 超强的灵敏度和对脉冲星的引力波进行检测的功能,有利于探索太空,寻找有关宇宙起源的线索和智能生物的迹象,所以其主要功能在于寻找和研究宇宙中的脉冲星、寻找外星生命等方面。

  不负众望,2017 年 10 月 10 日,国家天文台宣布,FAST 分别于今年 8 月 22 日、25 日发现 2 颗新脉冲星,距离地球分别约 1.6 万光年和 4100 光年,这是我国射电望远镜首次新发现脉冲星。其中,发现第一颗脉冲星,FAST 只用了 52.4 秒。国家天文台台长严俊介绍,发现脉冲星是 FAST 的核心科学目标,正处于调试阶段的 FAST 成功发现脉冲星并得到确认,意味着 FAST 调试进展超过预期。FAST 工程副总工程师、国家天文台研究员李菂介绍,FAST 现已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行,调试进展超过预期及大型同类设备的国际惯例,并且已经开始系统地科学产出。

  李菂表示,发现脉冲星只是研究的第一步,接下来的两年,FAST 将继续调试,以期达到设计指标,通过国家验收,实现面向国内外学者开放。

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