2016年9月25日，500米口徑的球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱為FAST）在貴州省平塘縣正式建成。FAST被稱為“中國天眼”，它是目前世界上最大最靈敏的單口徑射電望遠鏡。這樣一個“巨無霸”有什么過人之處，又有哪些用途，你知道嗎？

射電望遠鏡知多少

說起望遠鏡，我們第一印象都是那種長筒形的光學(xué)望遠鏡。但射電望遠鏡與光學(xué)望遠鏡的外形截然不同，射電望遠鏡在外觀上完全像雷達天線。此外，射電望遠鏡和光學(xué)望遠鏡分別處理波長不同的電磁波，射電望遠鏡接收的是無線電波，而光學(xué)望遠鏡接收的是可見光。

射電望遠鏡使用鏡面反射無線電波。無線電波的波長較長，故而對鏡面的精度要求較低。射電望遠鏡使用拋物面天線將無線電波反射匯聚到一個焦點上，利用接收機接收放大并轉(zhuǎn)換為更直觀的數(shù)據(jù)。1931年，美國貝爾實驗室使用雷達天線接收到銀河系中心的無線電波，后來，美國天文學(xué)家格羅特·雷伯專門制造了一部天線用于觀測天空，射電望遠鏡和射電天文學(xué)應(yīng)運而生。

為什么要這么大

500米口徑的射電望遠鏡給人的第一印象是大，一般人繞著它走一圈需要數(shù)十分鐘，而鏡面接收面積則相當(dāng)于30個足球場那么大。FAST利用了貴州獨特的天然喀斯特洼地地形，這種得天獨厚的優(yōu)勢，讓它突破了普通射電望遠鏡百米口徑的工程極限，也使得它能確保未來幾十年的領(lǐng)先地位。畢竟它的前輩——美國阿雷西博射電望遠鏡依托地形創(chuàng)造的305米口徑紀(jì)錄，就已經(jīng)獨步世界幾十年了。

千方百計將射電望遠鏡做這么大，其實是因為有迫切的科學(xué)需求。為了接收和區(qū)分遙遠星體發(fā)出的微弱的無線電波，射電望遠鏡的口徑逐漸增加。更大的口徑意味著更大的接收面積，也就能匯聚到更多的電波，從而具備了更高的靈敏度。FAST比德國波恩的100米口徑射電望遠鏡的靈敏度提高約10倍，與被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的阿雷西博射電望遠鏡相比，F(xiàn)AST的靈敏度提高約2.25倍，綜合性能提高約10倍。高靈敏度的FAST可以“傾聽”到宇宙大爆炸早期的電波，為我們重建宇宙早期的圖像提供依據(jù)。

你不知道的新技術(shù)

——主動反射面技術(shù)

拋物面可以把電磁波匯聚在一個點上，而球面只能把電磁波匯聚在一條線上。為了進行觀測，阿雷西博射電望遠鏡設(shè)計了二次鏡反射的饋源艙，將信號匯聚在一個點上，但這個饋源艙重達數(shù)百噸，設(shè)計制造和維護都極其麻煩。

FAST使用了主動反射面技術(shù)來解決電磁波匯聚的問題，這也是FAST最大的自主創(chuàng)新技術(shù)。FAST的球面反射鏡由近萬根鋼索組成主體結(jié)構(gòu)，具有2400個連接節(jié)點和4600個反射單元。它通過節(jié)點下方的下拉索和促動器可以調(diào)整每一個反射單元的位置，從而具備主動調(diào)整反射鏡面的能力。這樣一來，當(dāng)我們想觀測某一方向的目標(biāo)時，只需要調(diào)整對著這個目標(biāo)范圍內(nèi)的反射單元，構(gòu)成一個局部的拋物面反射鏡面就可以了。正是因為使用了這種獨特的主動反射面技術(shù)，F(xiàn)AST可以觀測天頂約40度角范圍的天空，而阿雷西博射電望遠鏡只能覆蓋天頂約20度角范圍的天空。盡管主動反射面技術(shù)解決了問題，卻也讓FAST付出了一定代價，它的口徑雖然達500米，但其實際觀測的等效口徑只有300米。不過鑒于FAST靈活的觀測能力，付出這樣的代價也是值得的！

開啟更深入的宇宙探索

作為當(dāng)今最大最先進的單口徑射電望遠鏡，F(xiàn)AST不僅能用來進行天文觀測，還能參與對地外文明的搜尋，以及作為深空探測器信號的接收站。具體來說，F(xiàn)AST可以觀測到宇宙邊緣的中性氫譜線，探求宇宙早期的歷史和起源。FAST還將開展對地外生命的搜尋，目前著名的地外文明搜尋計劃SETI項目便已經(jīng)和FAST開展合作，有望利用強大的FAST搜尋到外星人信號。此外，利用FAST，深空探測器回傳數(shù)據(jù)的接收能力可以提高100倍之多，因此可以把我國的深空通信能力延伸到太陽系的邊緣。我國預(yù)計將于2020年發(fā)射火星探測器，此探測器將飛到最遠4億千米的地方，而FAST將有望在接收數(shù)據(jù)和測定軌道等領(lǐng)域大顯身手。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，如果使用甚長基線干涉技術(shù)，可以用多個距離較遠的射電望遠鏡“拼合”出一個等效口徑更大的射電望遠鏡，實現(xiàn)更高的分辨率，這就是所謂的射電望遠鏡陣列，它是射電望遠鏡的發(fā)展方向之一。FAST便是我國為了參與競爭著名的平方公里陣列望遠鏡而實施的技術(shù)先導(dǎo)項目。將來，大口徑的FAST和小口徑射電天線陣列聯(lián)合后，既能看到天體超精細的結(jié)構(gòu)特征，又能看到大尺度的結(jié)構(gòu)，可以說是一個完美的組合。