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FAST大型天文望远镜为何领先国外

2016-1-28 14:47| 发布者: admin| 查看: 715| 评论: 0 |来自: 互联网

简介:射电望远镜(FAST——Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope)是国家科教领导小组审议确定的九大科技基础设施之一,采用独创设计,利用贵州喀斯特洼地的独特地形,建设的500米口径球面射电天文望 ...

从20世纪30年代初到现今,人类打开了天文观测的新窗口,通过非传统光学波段接收来自宇宙中的电波信号,获取、分析各种信息。

2015年8月2日,贵州喀斯特洼地建造的500米口径球面射电天文望远镜(FAST)第一块检测合格的反射面单元在工程现场成功吊装,这标志着世界最大的单口径射电望远镜施工进入最后冲刺阶段。

一、什么是FAST大型天文望远镜

射电望远镜(FAST——Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope)是国家科教领导小组审议确定的九大科技基础设施之一,采用独创设计,利用贵州喀斯特洼地的独特地形,建设的500米口径球面射电天文望远镜(FAST),约30个足球场地大的高灵敏巨型射电望远镜。

FAST大型天文望远镜发展脉络:早在1997年,LT(SKA)中国推进委员会提出建造。1998年,FAST项目委员会正式成立。选址在贵州黔南,因为地貌最接近FAST造型,工程开口量最小,喀斯特洼地雨水向下渗透不会腐蚀望远镜。附近的5千米半径内没有乡村,是最理想的无线电建设环境。

2015年8月2日,FAST首块反射面单元吊装成功。它的建成,将成为世界最大口径的射电望远镜。

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二、望远镜的分类和FAST射电望远镜优势

天文望远镜按照探测的电磁波分类,分为射电望远镜(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。

射电望远镜按照形态分,可以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)。射电望远镜的作用主要是测量天体射电强度、放大射电信号接收机、信息记录处理显示系统、收集射电波的定向天线、测量频谱、偏振量等。

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抛面的射电望远镜和球面的射电望远镜的区别在于,当电磁波平行入射,抛面的射电望远镜把电磁波聚焦在一个点上,球面射电望远镜只能把电磁波聚焦在一条线上。

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FAST射电望远镜属于球面,望远镜四周有6座百米高的支撑塔,用钢索吊起了馈源舱。射电望远镜,通过反射聚焦,把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。FAST射电望远镜的一大创新点,是能主动反射电磁波,在采集数据上相对进步了许多。

FAST想要实现镜面式抛物面,进而能一次性将电磁波汇聚成点,因此整个望远镜镜面是由很多块小面板拼成,每一块都能在一定的范围内调整位置(如下图右)。

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中国拥有FAST的自主知识产权。与号称地球最大的机器德国波恩100米望远镜对比,FAST的灵敏度提高了10倍;与美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约2.25倍(美国Arecibo 300米望远镜被评为人类20世纪十大工程之首)。它将对国际同类设备保持20年以上的领先水平,能够对脉冲星、类星体等各种暗弱辐射源进行更精密观测,也有可能找到宇宙中存在的其他生命体。

三、FAST射电望远镜的创新

前面提到,射电望远镜按照形态分,可以分为球面射电望远镜、抛面射电望远镜,FAST射天望在设计之初,设定了500m的直径,比FAST的前辈——Arecibo 305m 望远镜要有进步。它的主射面整体是不可动的,如果被设计成抛面,只能被动观测扫过它的视场内源,这对于巨大的积分面积、灵敏程度的优化都是没有益处的。但是球面设计也有缺点,球面射电望远镜只能把电磁波聚焦在一条线上。

FAST射电望远镜的创新就是主动接受电磁波。在主反射镜的每个面板上加入实时主动的控制技术,如上文所提到的,整个望远镜镜面是由很多块小面板拼成,通过主动变形技术实时把面板形成有效照明口径300米、焦比0.4665的旋转抛物面,主动聚焦,增加有效的积分面积,同时还可以增加观测俯仰范围,增加有效积分时间。

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FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里。确保钢结构不变形就是一大挑战,框架、索网、接收器,每一部分的位移都要控制在毫米级,FAST才能正常工作。选址在喀斯特地形下常见的“天坑”里,远离人烟,也是为了更好、更精准地确定信号的位置。

当然,以上的创新,只是FAST的部分创新。FAST在前辈射电望远镜基础上不断改进,相信未来会有非常出色的表现。

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