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中国天眼真能找到外星人吗
日前,我国在建的世界最大单口径射电望远镜（英文简称FAST）馈源支撑系统成功实现首次升舱.这是该工程的又一个重要里程碑.2016 年9 月建成后,FAST 将成为“世界第一大望远镜”,其综合性能将在未来20 年保持世界领先地位.
从贵阳出发驱车进山,一路颠簸3 个多小时,来到黔南州平塘县克度镇,穿过一道狭窄的山口,一个巨大的“天坑”豁然呈现在眼前.这个“天坑”内,科学家和工程人员正在紧张忙碌,他们要将一口直径500 米的“大锅”“镶嵌”到坑内.这口“大锅”,就是正在建设的世界最大单口径射电望远镜(FAST).为什么要建这个射电望远镜？为什么选择落户贵州？这只“观天巨眼”将带领我们发现什么？
突破了射电望远镜的100 米极限
作为射电望远镜,FAST 的基本原理和我们常见的“锅式”差不多,主要由反射信号的抛物面和接收信号的馈源两大部分组成,只不过FAST 这口“锅”更大,口径达500 米,其反射面“塞满”整个山谷,接收面积相当于30 个足球场那么大.
目前,FAST 的反射面面板还在铺设过程中.而11 月21 日上午,FAST 的另一重要系统——馈源支撑系统已组装完成,顺利进入调试阶段.据FAST 工程副总工艺师孙才红介绍,馈源支撑系统主要包括支撑塔、索驱动、馈源舱、舱停靠平台,目的是实现馈源的高精度空间定位和定姿.其工作原理,是利用六塔支撑六根钢索,悬吊一个30 吨重的馈源舱,通过塔下机房内的卷扬机收放钢索,驱动馈源舱在一个距离地面高140-180 米、直径为207 米的球冠面上运动,实现对射电源的跟踪、扫描等天文观测.
由于自重和风载引起形变的限制,传统全可动望远镜的最大口径只能做到100 米.FAST 突破了射电望远镜的百米极限,达到了500 米,开创了建造巨型射电望远镜的新模式.
这口500 米口径的大“锅”,是一口名副其实的“变形金锅”.“变形金锅”会动.FAST 的索网结构可以随着天体的移动自动变化,带动索网上活动的4450 个反射面板产生变化,足以观测到任意方向的天体,同时,馈源舱也随索网一同运动,采集反馈信息.
最牛“天眼”是如何诞生的
1993 年国际无线电联大会上,包括中国在内的10 国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议,渴望探索宇宙,解答天文学中的众多难题.随后,以北京天文台（现中科院国家天文台）为主,联合国内20 余所大学和研究所,成立了射电“大望远镜”中国推进委员会.
中国科学院国家天文台的南仁东教授提出,利用喀斯特洼地作为望远镜台址,开始了为期13年的预研究.预研究由中科院国家天文台主持,全国20 余所大学和研究所的百余位科技骨干参加.
2007 年7 月,FAST 项目正式立项.2011 年3 月25 日,FAST 工程正式开工建设.这一超级望远镜有望在2016 年9 月建成,建成后,将成为世界级射电天文研究中心.
FAST 是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜.它的口径有500 米,有近30 个足球场大的接收面积,主反射面的面积达25 万平方米.由近4.6 万块三角形单元拼接而成.
它的圈梁被50 根6 米到50 米高低不等的钢柱支在半空,周长约1.6 公里,绕走一圈约要40 分钟.
据介绍,我国FAST 项目建成前,美国300米口径Arecibo 望远镜是世界最大.而我国的望远镜与之相比,综合性能提高约10 倍.
专家解释说,我国的望远镜与美国望远镜都是整体固定在地面上,但我国望远镜500 米口径的球面是由4400 多面主动反射单元构成,这一个个小的反射单元可以进行对焦,因此,灵敏度可达Arecibo 望远镜的2 倍,巡天速度是它的10倍.与号称“地面最大机器”的德国波恩100 米望远镜相比,中国FAST 的灵敏度提高约10 倍.
中科院国家天文台副台长郑晓年表示,作为世界最大的单口径望远镜,FAST 将在未来20 至30 年保持世界一流设备的地位.
为什么选址贵州黔南
FAST 之所以选址贵州喀斯特地貌,是因为那里有很多天然形成的天坑,刚好适合“锅”状的望远镜.山区人烟稀少,也不受射频信号的干扰.四面环山的地形形成了天然的反射面,屏蔽了众多人为信号的干扰.
打开卫星地图,贵州平塘县的地貌好似布满褶皱的大象皮肤.再提高分辨率,就能看到大大小小的“漏斗”——“天坑”群.其中有一个“天坑”,就是科学家寻觅10 载,为这个最大望远镜找的“家”.
科学家们在当地居民的帮助下,跋山涉水勘察选址.经过反复筛选,最终在平塘县克度镇找到了“大窝凼（音d&agre;ng 读“荡”）”——最适合硕大“天眼”的深深的“眼窝”.
FAST 项目馈源支撑系统总工程师孙才红透露,选址“大窝凼”有三方面原因,一是该处地貌最接近FAST 的造型,工程开挖量最小；二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜；三是射电望远镜需要一处“静土”,“大窝凼”附近5 千米半径之内没有一个乡镇,原来这里有几个住家户,据说,这里有的姑娘一辈子都没有出过这座大山.
值得一提的是,选址附近是没有基站的,也不允许使用手机.因为这些信号都要远远强于来自宇宙的信号.这里只能通过固定电话和外界联络.
“FAST 周围三座山峰呈三足鼎立之势,每座距离都在500 米左右,中间的洼地犹如一个天然的锅架,刚好稳稳地盛下FAST 这口‘大锅’.”孙才红说.
像织渔网一样“织”一口大锅
据介绍,当年有多家研究单位参与设计这架超级望远镜,有专家提议采用分离式技术,就像孩子玩拼插游戏,把一块块材料组装到一起.最终被采纳的,是哈尔滨工业大学专家提出的“索网”方案,“也就是说,像编一张渔网一样来造这口锅.”
东南大学的郭正兴教授领衔的团队,在索结构运用方面有着丰富的经验,但这次,他们的任务是织一张直径达500 米的网,因而“比以往任何一次都有挑战.”
环梁（注：四周的支架）合龙后,即进入索网安装阶段,大约用时4 个月.据了解,四面环山的地形使得施工的难度大大增加.郭正兴曾住在施工现场的活动板房,他用“毫米级”来形容望远镜项目的工程施工,“这些都是高精度的制作.”
郭正兴表示,通过测算,编织这张大网,需要由特殊材料制作的6000 多根主索,为了防止材料变形,钢索必须在恒温室里制造.这是因为冬天制造的拉索和夏天制造的拉索因室温不同长度会有偏差.为此,制造方专门造了一间恒温室生产拉索.
索网安装和反射面面板铺设都采用空中作业,每根钢索的位置测定后,偏差不能超过1 厘米.织完巨网,剩下的就是安装接受宇宙信号的馈源舱.馈源舱由6 根拉索连接6 个馈源支撑塔,悬吊于反射面面板之上.2015 年11 月21 日上午,馈源舱已成功安装.
与外星人沟通的先进装备
射电望远镜在无线电波段观测天体.由于来自太空天体的无线电信号极其微弱,自70 多年前射电天文学诞生以来,所有射电望远镜收集的能量还翻不动一页书.要想获得更远、更微弱的射电,获取宇宙深处的信息,就需要更大口径的射电望远镜.
简单地理解,口径越大,接收到的能量就越强,这也即意味着望远镜在同等条件下能够看到更多、更远的星.
“简单来讲,FAST 能够看到更深、更远的宇宙,可以发现更多令人惊奇的天文现象.”孙才红说.因此,FAST 这一“观天巨眼”一旦睁开,“就像哥伦布航海一样,我们也不知道会发现什么,但是我们充满期待.”
我们现在接收到的光都是宇宙天体很多年以前发出的.FAST 建成后,它就能将我们探索宇宙的眼睛投射到更远的太空,大大缩短了信息传达到地球上所花费的时间.
网络上将FAST 描述为“与外星人沟通的先进装备”.对此,专家指出,宇宙中的生命体或高智商“外星人”若存在,他们的产生、遗留之信息,若存在于浩瀚天宇中,极有可能被FAST 探测并接收到.
不过,FAST 的一个目标是探测外星人,但这不是主要科学目标.其主要目标也不是在短期内实现经济效益,而是要探测宇宙中的遥远信号和物质.比如宇宙中间的气体、微波激光以及脉冲星,实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解.（注：人类在1967 年发现一种高速旋转的中子星,类似于海边灯塔,旋转的光柱扫过地球,称其为脉冲星.目前已侦测的约2000 颗脉冲星均属于银河系,FAST 将对准其他星系,望寻找“蛛丝马迹”,继而获知星系间互动细节,探寻宇宙发育史.）
FAST 不仅在科研方面有着巨大价值,在航天测控方面也有着很大的应用价值,它可以作为一个巨大的天线,来接收更远距离的空间飞行器传回的信号,大大提升我国深空探测的测控能力.
（据《新华每日电讯》、央视新闻等）
链接
中国“天眼”工程主要数据
7 亿元：工程投资超过7 亿元.
500 米：FAST 的口径达500 米,是目前世界建成和在建的最大单口径球面射电望远镜.
30 个：接收面积相当于30 个足球场大小.1600 米和5600 吨：整个钢结构圈梁长度达到1600 米,消耗钢材5600 吨,总工程量相当于1/4个“鸟巢”.
9000 根和1300 吨：FAST 反射面索网结构,将由近9000 根高精度高强度钢索连接而成,在半空中形成1300 吨重的钢质索网.
4450 块：FAST 反射面是由超过4000 块的主动反射单元拼装在索网上,形成球形反射面.
名词解释
射电望远镜
射电望远镜由定向天线或天线阵、馈电线、高灵敏度接收机和记录仪等部分组成.天线或天线阵将收集到的天体电波,经过馈电线送到接收机上,接收机具有极高的灵敏度和稳定性,它将微弱的天体电波高倍放大后进行检波,再将高频信号转变为低频形式记录下来.
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