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        世界第一“天眼”掃描蒼穹

        2009-05-27 08:34:58蔡如鵬
        黨員文摘 2009年5期
        關(guān)鍵詞:平塘縣洼地天眼

        蔡如鵬

        2008年12月26日,中國(guó)天文學(xué)家在貴州省平塘縣正式啟動(dòng)了全球最大射電望遠(yuǎn)鏡“FAST”(500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡)工程的建設(shè)。在世界上正在建造及計(jì)劃建造的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡中,“FAST”的口徑最大(500米)、探測(cè)能力最強(qiáng)。

        “70年翻不動(dòng)一頁(yè)書”

        與人們熟悉的望遠(yuǎn)鏡不同,射電望遠(yuǎn)鏡既沒有高高豎起的望遠(yuǎn)鏡鏡筒,也沒有物鏡、目鏡,看上去更像是一口大鍋。這是因?yàn)樗邮艿牟皇强梢姽?,而是天體射出的無線電波。千百年來,人類大多是通過可見光波段觀測(cè)宇宙。事實(shí)上,天體的輻射覆蓋整個(gè)電磁波段,而可見光只是其中人類眼睛可以感知的一部分。

        射電望遠(yuǎn)鏡正是將那些看不見的電磁波,通過天線收集起來,然后傳送給接收系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)變成儀器能夠記錄的信號(hào),供天文學(xué)家分析。自美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的卡爾·央斯基1933年接收到來自銀河系的射電信號(hào)以來,近代天文學(xué)許多重大發(fā)現(xiàn)都基于射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展。

        巨大的天線是射電望遠(yuǎn)鏡最顯著的標(biāo)志,它的種類很多,有拋物面天線、球面天線、螺旋天線等。最常用的是拋物面天線,也就是我們看見的“大鍋”。天線對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡來說,就好比眼睛,作用相當(dāng)于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中的物鏡,負(fù)責(zé)收集微弱的宇宙無線電信號(hào)。

        但來自太空的無線電信號(hào)極其微弱,70多年來所有射電望遠(yuǎn)鏡收集的能量加在一起還翻不動(dòng)一頁(yè)書。因此,天文學(xué)家一直試圖建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡。但由于自重和風(fēng)載引起的形變,傳統(tǒng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡的天線最大口徑不能超過100米,否則收集到的信號(hào)就無法準(zhǔn)確地聚焦到接受系統(tǒng)上。

        30個(gè)足球場(chǎng)大的天然鍋架

        于是,天文學(xué)家們把目光轉(zhuǎn)向了地球上固有的地形地貌——利用天然的洼地作為支架,建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡。這就有了既不架在山頂,也不像“哈勃”那樣遨游太空,而是架在洼地中的“FAST”。

        從1994年起,天文學(xué)家們就開始尋找適合建造“FAST”的臺(tái)址,最終在黔南平塘縣選中了大窩凼。

        大窩凼距平塘縣城約85公里,是喀斯特地貌所特有的一大片漏斗天坑群。周圍3座山峰呈三足鼎立之勢(shì),每座距離都在500米左右,中間的洼地正好形成一個(gè)天然的鍋架,又大又圓,剛好可以穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)厥⑾隆癋AST”這口“大鍋”。

        工程人員在洼坑內(nèi)先用約10000根鋼索連成一張大網(wǎng),然后在上面鋪設(shè)4600多塊三角形的反射板,最終形成一個(gè)巨型反射面,即“FAST”的天線。天線的接收面積達(dá)到20萬平方米,相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng),猶如一只鑲嵌在地面的巨大“天眼”,性能將大大超過傳統(tǒng)的射電望遠(yuǎn)鏡。

        反射板由促動(dòng)器控制,可以進(jìn)行整個(gè)反射面的主動(dòng)變形。此外,采用輕型索拖動(dòng)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)的高精度定位。也就是說,這個(gè)巨大的“天眼”還可以根據(jù)需要在洼地上轉(zhuǎn)動(dòng)。

        這項(xiàng)重大科學(xué)工程的投資為6.67億元人民幣,預(yù)計(jì)2014年建成。與號(hào)稱“地面最大機(jī)器”的德國(guó)波恩100米口徑射電望遠(yuǎn)鏡相比,“FAST”的靈敏度提高了約10倍(注:靈敏度是衡量射電望遠(yuǎn)鏡性能的重要指標(biāo)之一,它是指射電望遠(yuǎn)鏡“最低可測(cè)”的能量值)。

        尋找地外文明

        “FAST”建成后,天文學(xué)家能夠利用它具體做些什么呢?

        作為一個(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺(tái),它將在宇宙大尺度物理學(xué)、物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和規(guī)律等眾多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提供發(fā)展和突破的機(jī)遇,也將推動(dòng)中國(guó)高科技領(lǐng)域的發(fā)展。

        “FAST”可以將視界延伸至宇宙邊緣,觀測(cè)暗物質(zhì)和暗能量,尋找第一代天體;還可以用一年時(shí)間巡視約7000顆脈沖星,并有望發(fā)現(xiàn)奇異星和黑洞雙星等。

        此外,對(duì)于長(zhǎng)久以來困擾人類的地外文明疑問,“FAST”將搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號(hào),或許能幫助科學(xué)家揭開地外文明的“冰山一角”。天文學(xué)家認(rèn)為,與地外文明通訊的唯一可行的方法,就是尋找來自地外文明的信號(hào),它比發(fā)射探測(cè)器去登門拜訪外星人要可行得多。

        在這類觀測(cè)項(xiàng)目中,“鳳凰計(jì)劃”最為著名。它始于1994年,正使用射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)來自鄰近的大約1000顆類太陽(yáng)星周圍的無線電信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)的搜索和辨認(rèn)。

        “FAST”也許會(huì)給我們帶來巨大的機(jī)遇。即使沒有那份運(yùn)氣,也可以像美國(guó)宇航局微波巡視計(jì)劃那樣,同時(shí)掃描上億個(gè)頻率,診斷微弱的空間窄帶訊號(hào),其國(guó)家安全方面的價(jià)值不言自明。

        (摘自《中國(guó)新聞周刊》2009年第2期原標(biāo)題為《世界第一“天眼”落戶貴州》本刊有刪節(jié))

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