2月4日，我国的大科学工程——500米球面射电望远镜索网制造和安装工程完工。射电望远镜到底是怎样的一种望远镜？未来，这个世界最大的射电望远镜能够为我们干什么？为什么要建贵州？ 2015年2月4日，我国的大科学工程——500米直径、接收面积相当于30个足球场大小的射电天文望远镜（FAST），索网制造和安装工程已经顺利完成。那么，射电望远镜到底是怎样的一种望远镜？未来，这个世界最大的射电望远镜能够为我们干什么？为什么要建在贵州？ FAST建成后，就像这样帅 射电望远镜的来时路 两百多年前，人们认为从宇宙天体传来的唯一信息就是光。后来，英国的赫歇耳在测量太阳光谱时，发现在光谱的红端之外，也就是没有阳光的地方，温度竟然比可见光之处的温度还高，赫歇耳把这种热线叫做“看不见的光线”，现在我们知道，它叫“红外线”。接着，人们又发现了看不见的“紫外线”。慢慢地，科学家逐渐意识到，除了可见光，宇宙天体还向我们传来一种看不见的信息。等到麦克斯韦建立完整的电磁学理论后，人们才彻底清楚：原来可见光只是一种电磁波，而在长长的电磁波谱上，可见光只占据极小的一部分。 可见光谱只占有宽广的电磁波谱的一小部分 既然可见光能带来宇宙的信息，那么可见光之外的电磁波肯定也能。 1924年，科学家在测量地球电离层的高度时，发现一个奇怪的现象：凡是波长短于60米的电磁波穿过大气层的电离层时，全都一去不返，没有反射回来。于是，人们认识到，既然波长短于60米的电磁波能从地球毫无遮挡地冲向宇宙，那么，从宇宙深处传来的，波长短于60米的电磁波同样也能穿过厚厚的大气层来到地球。这就是一个观察宇宙的无线电窗口。 1931年，美国贝尔实验室的央斯基用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波。后来，美国人格罗特·雷伯建造了一架口径9.5米的天线，并在1939年也接收到了来自银河系中心的无线电波，从此，射电天文学诞生了。 射电望远镜观测宇宙示意图 上世纪60年代，天文学取得了4项非常重要的发现，分别是脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子，而这四大发现都与射电望远镜有关。 可移动射电望远镜观测天体信号动画示意图 为什么口径越大越好？ 天文望远镜的分辨率跟望远镜的口径有关，在接收同样波长的电磁波时，望远镜的口径越大，分辨率就越高。这就是为什么，射电望远镜越做越大。 1955年，英国在曼彻斯特的焦德雷尔班克观测站建成可转动的洛弗尔射电望远镜，它的直径为76米。 洛弗尔射电望远镜 1972年，德国在波恩市西南大约40公里的一个山谷中，建成了当时世界最大的全向转动射电望远镜，其抛物面天线直径达100米。 德国的100米口径射电望远镜 1963年，美国在中美洲波多黎各岛上建成阿雷西博射电望远镜。阿雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径球面天线，口径305米，这是目前世界上最大的单面口径射电望远镜，后扩建为350米。 阿雷西博射电望远镜 1974年，为庆祝改造完成，阿雷西博望远镜向距离地球2.5万光年的球状星团M13发送了一串由1679个二进制数字组成的信号，称为阿雷西博信息。 如果阿雷西博信息被外星人接收并正确解读，会得到如上图所示的信息（信息中不包含颜色） 而我国正在建的500米直径射电望远镜（简称FAST），建成后，它将是目前世界上最大的射电望远镜，与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高约10倍。如果天体在宇宙空间是均匀分布的，那么FAST可观测目标的数目将增加约30倍。与美国的阿雷西博射电望远镜相比，FAST灵敏度高2.25倍，综合性能提高约10倍。未来二三十年，FAST将保持世界一流的地位。 为何选址在贵州？ 贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的“大窝凼”洼地原貌 FAST台址之所以选在贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地，原因很多。一是贵州有天然的喀斯特地貌洼地，直接在巨大的洼地上开建，省去了浩大的岩土开挖工程，极大地降低了成本。二是大窝凼洼地周围人口密度很低，经济发展滞后, 加上周边很多山峰的屏障, 台址的电波环境很安静，而且，已与当地政府签订了频率保护协议，这为未来获得一个安静的电磁环境打下了坚实基础。最后，台址纬度较低, 有利于银道面天体的观测，加之贵州地处亚热带，又属云贵高原，冬天不会太冷夏天不会太热，每年只有数日霜雪期，无需考虑由于冰冻或者积雪而附加的结构强度要求。 此外，大窝凼洼地有通向地下水系的通道, 就算遇到暴雨也无后顾之忧。全区无大地震记录，地质稳定。这些都是作为FAST台址得天独厚的条件。 建设中的FAST FAST有何神通？ 2016年，FAST建成投入使用后，它将有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，重现宇宙早期图像。 宇宙中的中性氢能发出波长大约为21厘米的电磁波，在电磁波谱上，21厘米波长的电磁波的位置处在微波段。中性氢发出的电磁波可以穿过星际云等巨大星际介质区域，而这些区域对于可见光来说是不透明的。 另外，FAST投入使用后，发现脉冲星的速度将大增，能在一年时间发现数千颗脉冲星。 除了这些任务，FAST还将参与空间飞行器的测控与通讯。这是射电望远镜的拿手好戏，比如，英国在曼彻斯特的76米射电望远镜，曾经在1957年跟踪苏联发射的第一颗人造地球卫星时发挥重要作用。 而澳大利亚在1961年建成的64米射电望远镜，曾协助远在月球的阿波罗11号宇宙飞船接收信号，于是，全球这才能从电视上看到登月的直播画面。1970年，这台望远镜还帮助发生爆炸事故的“阿波罗13”号宇航员重返地球。
澳大利亚帕克斯射电望远镜 而我国对嫦娥飞船的测控与通讯工作，位于上海、新疆等地的射电望远镜也参与其中。 未来，FAST能将深空通讯能力延伸至太阳系边缘的行星，并将卫星数据接收能力提高100倍。 最后，高大上的FAST还将参与地外文明的搜寻，祝愿FAST早日建成并顺利运行！ |
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