中國直徑500米“天眼”啟用 可觀測宇宙的邊緣

9月24日，位于貴州黔南州平塘縣大窩凼的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。新華社記者 金立旺 攝

據(jù)新華社電 有著超級“天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，25日在貴州省平塘縣的喀斯特洼坑中落成，開始接收來自宇宙深處的電磁波，這標(biāo)志著我國在科學(xué)前沿實現(xiàn)了重大原創(chuàng)突破。

接收面積相當(dāng)于30個足球場

中國“天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程由我國天文學(xué)家于1994年提出構(gòu)想，從預(yù)研到建成歷時22年，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

“天眼”工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東介紹，借助這只巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動的信息，觀測暗物質(zhì)，測定黑洞質(zhì)量，甚至搜尋可能存在的星外文明。眾多獨門絕技讓其成為世界射電望遠(yuǎn)鏡中的佼佼者，這也將為世界天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)提供重要機(jī)遇。

作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，“天眼”工程由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機(jī)與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成。主動反射面是由上萬根鋼索和4450個反射單元組成的球冠型索膜結(jié)構(gòu)，其外形像一口巨大的鍋，接收面積相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場。

“利用天然的喀斯特洼坑作為臺址，洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成冠狀主動反射面，采用輕型索拖動機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人實現(xiàn)接收機(jī)高精度定位，這是中國‘天眼’的三大自主創(chuàng)新。”中科院國家天文臺臺長嚴(yán)俊說。

能接收137億光年以外的電磁信號

諾貝爾物理學(xué)獎獲得者約瑟夫·泰勒與全球頂級天文學(xué)家及眾多天文愛好者當(dāng)日也齊聚平塘，共同見證中國“天眼”開啟探秘之旅。“這是世界一流的望遠(yuǎn)鏡，期待它能給人類帶來更多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。”他興奮地說。

與德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，“天眼”的靈敏度提高了約10倍；與美國阿雷西博350米望遠(yuǎn)鏡相比，“天眼”的綜合性能也提高了約10倍。“天眼”能夠接收到137億光年以外的電磁信號，觀測范圍可達(dá)宇宙邊緣。

從25日起，“天眼”方圓5公里將成為“靜默區(qū)”。這個龐然大物開始睜開“慧眼”，專注地捕捉來自宇宙深空的信號。

據(jù)悉，“天眼”運行后，還將開展一系列國際科研合作，但在這之前還需要一段時間的參數(shù)修正和狀態(tài)調(diào)整，以便達(dá)到最佳觀測效果。

揭秘

測試三年后 誤差不超1毫米

不同于美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡只能通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個帶狀區(qū)域，“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡”（簡稱FAST）的創(chuàng)新在于利用球冠反射面在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面，更便于追蹤移動的天體，與“阿雷西博”相比，其綜合性能提高約10倍。

另一大創(chuàng)新在于采用世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。據(jù)FAST工程總工藝師王啟明介紹，需要攻克的技術(shù)難題貫穿索網(wǎng)的設(shè)計、制造及安裝全過程，僅以高應(yīng)力幅鋼索研制為例，從2010年開始，歷經(jīng)上百次拉索實驗，才滿足了FAST工程對拉索疲勞性能高于國際標(biāo)準(zhǔn)1倍的要求。

FAST啟用后，真正的挑戰(zhàn)在于如何總控協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)運行。這么大尺度的望遠(yuǎn)鏡，如果沒有共同的時間基準(zhǔn)和位置基準(zhǔn)，根本沒有辦法讓望遠(yuǎn)鏡在特定時刻走到科學(xué)家想要的位置，接受到他們想要的信號。

“所有的報道都在說FAST宏偉、壯觀，其實FAST最震撼人心的是精準(zhǔn)。饋源艙運行和反射面變型，如果沒有同樣的參考，不能在共同的時刻達(dá)到相同的位置，很難談精準(zhǔn)。經(jīng)過3年的測試，我們的基墩穩(wěn)定性很高，誤差不超過1毫米。”FAST工程測量與控制系統(tǒng)總工朱麗春說。

影響

“天眼”催生“天文小鎮(zhèn)”

由于曝光率增多以及項目本身的壯觀程度，越來越多的人對參觀FAST保有濃厚的興趣，使得FAST產(chǎn)生的影響超過了其科學(xué)范疇。毗鄰FAST的一座山上，當(dāng)?shù)卣Y修建了觀景臺，并有計劃開通索道、纜車、電車。通過觀景臺的公路也將在近期貫通，方便游客一覽“天眼”全貌。

目前，平塘縣政府已在距FAST5千米的克度鎮(zhèn)，打造了天文科普旅游文化園。圍繞科學(xué)、科普、旅游配套的“天文小鎮(zhèn)”也在建設(shè)中。

作為國家級貧困縣，平塘縣希望借發(fā)展天文旅游來給“貧困摘帽”也無可厚非，科學(xué)家們表示理解。但是，F(xiàn)AST的靈敏度號稱是“在月球上打手機(jī)都聽得清”，而其要聆聽的射電微弱得好比“雷聲中的蟬鳴”。

國外已有射電望遠(yuǎn)鏡與天文小鎮(zhèn)并存的成功案例，而且這反映了天文在一國的科學(xué)地位和受歡迎程度。“在發(fā)展旅游業(yè)時，需要嚴(yán)格控制各種有可能對FAST造成干擾的電子類產(chǎn)品進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)，比如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等，這樣，天文旅游才可以和FAST互惠發(fā)展。”FAST工程副經(jīng)理張蜀新說。