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世界最大射电望远镜终成形 将洞察宇宙深处秘密

7月3日上午10时许,在贵州省黔南布依族自治州州平塘县克度镇金科村“大窝凼”洼地,由中国电子科技集团公司、中国建筑工程总公司设计建造的世界最大单口径望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST,Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope)的最后一块反射面单元缓缓起吊,在完成了二次空中转接并用缆索吊下滑到指定位置后,被顺利安装在索网上,这标志着“观天巨眼”FAST的主体工程顺利完工。

这个世界最大单口径射电望远镜的面积相当于30个足球场,就像一只庞大而灵敏的耳朵,将倾听来自遥远星尘最微弱的“呢喃”,洞察隐藏在宇宙深处的秘密。

中国最大天文工程

世界最大射电望远镜终成形 将洞察宇宙深处秘密。世界最大射电望远镜终成形 将洞察宇宙深处秘密。这个在贫困边远山区建设的中国有史以来最大天文工程,总投资近12亿,2011年3月动工,面板铺设完成后各个系统还将调试,预计2016年9月竣工。

世界最大射电望远镜终成形 将洞察宇宙深处秘密。与一般的光学望远镜不一样,FAST镜面由4450块、186种大小不同的三角形反射板组成,每一块可以不断变形,追踪移动的天体,形成抛物面汇聚电磁波,就像一口大锅中又套着个可以移动的大碗。

据介绍,建成后的两三年属于FAST的整体联调和早期科学阶段,之后望远镜将对全世界科学家开放。科学家甚至可在北京等地远程遥控观测。

世界最大射电望远镜终成形 将洞察宇宙深处秘密。科学家说,这座射电望远镜很可能在未来10至20年间保持世界一流地位。与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,FAST灵敏度将提高约10倍;与被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。

千百年来人类只通过可见光波段观测宇宙,实际天体的辐射覆盖了整个电磁波段。射电望远镜是在无线电波段观测天体。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波无法通过的星际尘埃,因而射电望远镜可以观测更遥远的未知宇宙。射电望远镜几乎可全天候、不间断工作。射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。

然而,来自宇宙天体的无线电信号极其微弱,自70多年前射电天文学诞生以来,所有射电望远镜收集的能量仅与冬天飘落的一片雪花的动能相当。阅读宇宙边缘的信息需要大口径望远镜。

中国科学家1994年最初提出这个计划。参与这项工程20多年的中科院国家天文台射电天文技术实验室主任彭勃说:“FAST望远镜集聚了很多人的智慧,几十位博士后和博士生在这个项目上开题,来自不同专业的数百名科技人员参与望远镜的预研究和设备研制,建设工人有数千人。”

FAST反射面单元吊装负责人宋立强常年在工地被晒得皮肤黝黑。他说:“‘工欲善其事,必先利其器’,中国天文学家要想跃居世界天文前沿,就要有好的观测设备,要有天文利器。我们技术人员按照科学目标做成这个望远镜,供天文学家使用,希望他们能够利用这一天文重器早日做出比其他国家更好的科研成果,那样我们也会为之骄傲。”

国家天文台宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷说:“国家投资建设了这么大的望远镜,作为科学家,我们一定要用好它,做出新的发现。FAST比目前世界上所有的射电望远镜都更大、更灵敏,肯定会取得一些国外没有的发现。”

通向宇宙的小世界

十多年前,寻找望远镜台址的科学家们跟在挥动镰刀砍断树枝杂草的平塘县副县长身后,在崎岖的山路上跋涉。当他们爬上“大窝凼”的垭口,映入眼帘的是:青山环抱着一片圆圆的洼地,灰瓦木屋点缀在农田之间。这里有个好听的名字:绿水村。

12户人家65口人居住在连电都不通的封闭小世界里,在寂静晴朗的夜晚,有时也抬头望望散布穹顶的星辰。

台址系统总工程师朱博勤回忆说,有外国专家参与了考察。附近的老百姓听说后赶了半天路来围观,满山遍野站满了人。“他们渴望了解外面的世界,就像我们渴望了解宇宙。”

科学家说要在这建一座射电望远镜,村民们不懂。当科学家说可以用射电望远镜找外星人,大家就明白了,他们高兴的是全世界都会知道他们的家。

村民请科学家们到家里喝茶吸烟。外国专家学会了用中文说“喝茶”、“不抽”。

堂屋中的火盆上架着烧水壶,壶里用雨水煮着茶叶和鸡蛋。“他们穷得要节省柴火,却把最好的东西拿出来,把我们当贵宾款待。”彭勃说。

科学家认为贵州喀斯特地貌的天然洼地正适合建造形如大锅的FAST,可以大大减少工程成本。他们从约400个备选洼地中选定“大窝凼”作为倾听宇宙的地方,因为它不大不小,深度合适,形状很圆,适于施工建设。这附近5公里半径内没有一个乡镇,25公里半径内只有一个县城,无线电干扰较少。

为了世界最大的射电望远镜,“大窝凼”的居民搬迁到镇里居住,其他洼地中的村民们说:“外星人让他们搬离了这个地方。”

聆听宇宙深处“呢喃”

科学家将用这只“大耳朵”发现宇宙中神秘怪异的天体,并满足人类最本质的好奇心:宇宙怎么诞生?为什么会有星星?为什么会有我们?我们在宇宙中是孤独的吗?

奇异的脉冲星强烈地吸引着科学家们。国家天文台射电部首席科学家李菂说:“目前人类已经发现2000多颗脉冲星,我们期待找到新种类的脉冲星。”

“脉冲星就像天体物理实验室,很多最极端的现象就发生在那里。另外,引力波会使脉冲到达时间发生变化。如果我们能观测到全天的脉冲星或者某一方向上的多个脉冲星周期发生变化,就能探测到引力波。”陈学雷说。

中科院院士武向平说,随着FAST的建成,中国将加入国际引力波探测行列,并会把脉冲星计时引力波探测的灵敏度提高2至3倍,提高低频引力波的探测几率。他预测在这一领域未来几年将会有重大突破。

此外,科学家还准备用FAST搜寻识别可能的星际通讯信号。

国际著名搜索外星人的SETI计划首席科学家丹·沃西默最近访问国家天文台,表示希望能与FAST望远镜合作,一起寻找外星人。他说,通过在望远镜上加装设备,可以在其他科学观测的同时搜索外星文明信号。

李菂说:“对于国际合作寻找外星人,我们很感兴趣。但具体以什么形式来合作,现在还不确定,值得继续研究。”

“FAST找外星人信号的优势,就是更灵敏。与SETI现有的几台望远镜相比,FAST能看到微弱10倍的信号,也就是说探测能力提高了10倍。”李菂说。

他说,美国提供设备,能帮助中国提高FAST望远镜的科学能力,“通过合作,无论是找外星人还是做其他科学研究,都能让我们站在巨人的肩膀上。”

虽然科学家寻找外星人多年未有成果,但在这一过程中,推动了射电天文以及其他技术的发展。

“探索未知世界会激发人类的创造力,去做人类以前做不到的事情,找到原来根本想象不到的解决问题的办法,这其中会产生巨大价值。”李菂说。来源:国防科工局网站

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