望远镜FAST“眼珠” 很灵活 揭秘天眼都能看到啥？ | 北晚新视觉
望远镜FAST“眼珠” 很灵活 揭秘天眼都能看到啥？
FAST代表了人类的探索心、好奇心，它就像我们人类望向宇宙的一只眼睛，如孩童般清澈的眼睛望向更远。
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FAST代表了人类的探索心、好奇心，它就像我们人类望向宇宙的一只眼睛
世界最大单口径射电望远镜--500米口径球面射电望远镜FAST整体完工并投入试运行。美国有线电视新闻网(CNN)第一时间做了报道：“中国巨型望远镜开始寻找外星生命。相较于此前对外星生命的探测，中国最新的望远镜能够探测得更快、更远。”
事实上，FAST确实有秒碾世界其它望远镜的资本，与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST灵敏度提高了约10倍；与被评为“人类20世纪十大工程之首”的美国阿雷西博射电望远镜相比，FAST的综合性能也提高了约10倍。
“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。”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。
这个天眼有多神奇，告诉你，即使嫦娥在月宫里打电话，也逃不过天眼的“目光”。中国科学院国家天文台"FAST"项目总工艺师王启明说了：“假设你在月球上打电话，FAST可以探测到你的信号。”
天眼眼珠怎么转
FAST有多大，光外圈就有1579米长，走一遍也得半个多小时。为什么要造这么大，中国科学院国家天文台"FAST"项目总工艺师王启明说，这就像用“锅盖天线”收看卫星电视一样，锅盖的口径越大，电视画面就也越清晰。对于射电望远镜来说，口径越大，看得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的望远镜，以提高灵敏度。此前，世界上口径最大的射电望远镜是美国阿雷西博射电望远镜，口径300米。
1994年4月，中科院国家天文台就开始了FAST 的选址工作。大口径射电望远镜的选址，地貌要最接近天线锅的形状，这样方便建造，工程量小，不用开山炸石，同时附近5至10公里范围内不能有电磁波信号发射。为了给这口“大锅”安家，当时选址的工作人员几乎把贵州的喀斯特地貌区找了个遍，同时有两路人马独立搜寻，初步确定了300多个候选洼坑。然后又通过计算机模拟工程填挖量，从中选出30多个实地考察，最后才选中了不大不小、深度合适、形状很圆、适于施工建设的“大窝凼”--这里“12户人家环绕着中间一片田地，就是那种阡陌交通、鸡犬相闻的原始农村。电灯，那也是奢侈品。”参与当年选址的朱博勤回忆。
地点选定了，可因为资金严重短缺，有人建议说口径能不能减小一点，400米算了。但有关方面最终还是顶住了压力，坚持不缩小口径。日，FAST项目正式立项。
日，FAST工程正式开工建设。挖台址、治理边坡，用了9个月；安装圈梁，用了17个月。日，团队开始为FAST制造和安装索网，这是世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系，6670根主索和2225根下拉索完整地拼出了“天眼”的索网，仅圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔就用掉1万多吨钢材。25万平方米，共有4450块，相当于30个足球场那么大反射面板尽管只有1毫米厚，也用掉2000多吨铝合金。
“我们建设的这只‘天眼’并非‘死眼’，它是可以动的。根据观测的方向，它会拉扯索网来变形天线锅。如同人类转动自己的眼珠，这样遥远的太空对它来说将不存在方向上的死角。美国阿雷西博望远镜，它是固定在地面上不动的，所以我们的建设难度就大很多。”王启明说。
许多人都知道，皮影戏的人偶每个关节都很灵活，那是因为用了柔软的线去控制。如果改为钢丝，那么人偶的活动恐怕就会变得僵硬，而FAST的反射面索网相当于用钢索编织了一个整体形状似大锅、带有孔洞的巨网，每块反射面的背后都用钢索牵拉，可以随着天体的移动来调整瞬时抛物面的方向，从而控制FAST的核心部件--30吨重“馈源舱”，如何用钢索驱动实现馈源舱的大范围、高精度空间定位，是一个极具挑战性的技术难题，无先例可循。
“馈源”是指望远镜用来接受宇宙信号的装置系统，馈源舱用于安放这个系统。如果把FAST比作一只眼睛，直径500米的反射面大锅是它的眼球，馈源就是它的视网膜，而馈源舱就相当于瞳孔，所有收集到的宇宙信号都要汇集到这里。
FAST怎样做到灵活地转动“瞳孔”馈源舱的呢，王启明介绍，“6索并联驱动控制系统”是FAST项目的主控制系统，它可以控制馈源舱进行姿态位置调整，从而精确地达到反射面的焦点位置，使馈源舱获取信号能力达到最佳。“就像人的睫状体一样，能够调节眼球的焦距使眼球能清晰地看清远近物体。”此外，与索网相连的2000多个小电机控制着整个变形过程，移动范围可达200米，在移动过程中，每一部分的位移都要控制在毫米级。
如果将反射面索网作为“天眼”的骨架，那4450块反射面板单元就构成FAST望远镜的身体，一块块“镜面”需要嵌进这些孔洞，最终形成反射面。有人担心这个大锅状的反射面会不会积水，事实上所有的反射面板上都有孔，透光率达到50%，如果外面下着小雨，走在FAST底下就“下”毛毛雨，原本生长在大窝凼底部的植被得到了很好地呵护。再加上FAST所处的喀斯特地质条件可以保障雨水向地下泄流，不会对设备的运行产生影响。
FAST所在的贵州黔南地区冬暖夏凉，气温长年在20摄氏度左右，大型反射镜面金属材料的热胀冷缩问题小，FAST既不需“冬眠”，也不怕“中暑”；既不怕下雨也不怕刮风，因为这里风速小、风向少变，由6根数百米长的柔性悬索吊挂在100米高空的馈源舱可以“做一个安静的美男子”，不会被大风吹成“秋千”；大窝凼所在的贵州不是地震多发地带，FAST这样的大型精密工程可以稳定地长时间运营。
天眼都能看到啥
射电天文学利用射电望远镜在无线电波段“观察”天体。传统射电望远镜的基本结构有3个主要部分——反射面、接收机和指向装置。来自太空天体的无线电信号极其微弱，70年来所有射电望远镜收集的能量还翻不动一页书。阅读宇宙边缘的信息需要大口径望远镜，由于自重和风载引起的形变，传统全可动望远镜的最大口径只能做到100米。因此，在科学家们眼中，FAST具有极其重大的科学意义。
中国科学院国家天文台“FAST”项目总工艺师王启明告诉记者，FAST的两大科学目标是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星，前者可研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化，后者可研究极端状态下的物质结构与物理规律。
FAST灵敏度究竟有多高，王启明打了个比方：“假设你在月球上打电话，FAST可以探测到你的信号。”
理论上FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。
由于灵敏度提高，FAST能看到更远、更暗弱的天体，可观测的天体数目将大幅度增加，通过探测星际分子、搜索可能的星际通信讯号，寻找地外文明的概率将提升5至10倍。去年曾引起轰动的引力波，就是科学家利用美国阿雷西博射电望远镜发现的，并获得了诺贝尔物理学奖，阿雷西博望远镜50多年一直无人超越，但FAST跟它相比，综合性能提高了约10倍。
对于FAST可能出现的科学突破，FAST副总工程师李菂说：“按照计划的性能指标，在其保持世界领先的10年至20年里，FAST预期观测到2倍于目前已知数量的脉冲星，发现10倍于已知数量的气体星系。”目前，李菂带领的科学团队将主要进行脉冲星和分子谱线的观测研究。
目前来看，“观测脉冲星”是FAST正式运行后的首要科学目标。脉冲星是大质量恒星演化的最终产物——人类未来有望把脉冲星“改造”成星际导航，为宇宙飞船指明方向。目前人类已观测到的约2000颗脉冲星均在银河系内，而FAST将对准的是银河系外的脉冲星，这对天文界来说将是一个突破。
号称“看得最远”、“听力最灵敏”的FAST能收到遥远太空外星文明的信号吗，对这个很容易吊起大众胃口的话题，天文界并非没有议论。一种说法是——今后一二十年里，如果地球接收到外星人释放的信号，那一定有FAST的功劳。
对这个问题，中国科学院国家天文台副台长郑晓年认为，地外文明在天文学界本身还存有争论。毕竟，科学是讲究试验可验证的，但一些关于地外生命的可疑信号却均因没能重复而无法确认。不过，寻找地外生命的确是FAST的一个目标所在，虽然它更像是排在菜单末尾的甜点。
在科学家眼中，FAST试图回答的是更久远的问题，比如宇宙演化、脉冲星探测和星际分子等，它们将帮助解开宇宙初始混沌、暗物质分布与大尺度结构以及星系演化等领域的谜团。
“许多探索宇宙的未解之谜，都有望从它身上找到答案。但究竟能看到什么，在科学研究出来前，一切都不好说。”郑晓年说。
来源：北京晚报 北晚新视觉网
记者 蔡文清
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工信部备案号：公安机关备案号：09武船为中国天眼做出贡献 精准吊装4450块反射面板_新浪湖北_新浪网
位于贵州省平塘县的500米口径球面射电望远镜
　　9月25日，世界最大的500米口径球面射电望远镜（FAST）落成启用仪式在贵州平塘隆重举行，这个全球瞩目的“天眼”终于睁开了眼睛。它眼望无数星辰，将人类探知宇宙奥秘的视野扩大至宇宙边缘，同时将在未来20-30年保持国际领先水平。
　　FAST背后凝聚了无数科学家和建设者的智慧和汗水，同样也离不开武船人孜孜不倦的追求、坚持不懈的努力。
　　武船承担的反射面单元安装工程即被公认为是其建造过程中的三大难题之一。FAST工程4450块反射面单元的安装位置分布在口径500米的球面索网、离地面高度4.3米-50米不等的空间节点盘上，吊装空间跨度、幅度之大前所未有；反射面单元为铝合金管件桁架结构，共计216种类型，分三角形和异形四边形两种形状，在空中安装过程中需严格控制反射面单元的变形和精度；反射面安装过程中还与其他工程子系统存在干涉和成品保护问题等，这都需拿出一揽子解决办法和措施。
　　今年7月3日上午11时45分，FAST最后一块反射面单元成功吊装，FAST主体工程顺利完工。最后的吊装技术十分尖端，与其他各块间距为56毫米，每一个螺栓间距1毫米。长江日报记者曾见证了最后一块反射面单元成功吊装的全过程。反射面单元安装提前工期一个月完工，且在历时311天的施工中未发生一起安全事故，武船的质量和信誉得到了业主和现场各方的高度评价。
　　8月底，FAST安装工程如期进行了竣工验收，并得到验收组的肯定和好评。
　　通过FAST安装工程，全面提升了武船特种设备的安装能力，目前已授权专利4项，受理专利2项，申报技术创新课题成果1项。
　　武船也因此获得了中科院国家天文台颁发的优秀项目部、突出贡献单位荣誉称号。
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中国天眼是一只什么样的眼？它究竟有什么用？
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核心提示：都说南仁东20年做了一件事：国家重大科技基础设施，世界最大的500米口径球面射电望远镜（FAST），日落成启用，人称“中国天眼”。他是这项大工程的发起者及奠基人，首席科学家兼总工程师，人称“中国天眼之父”。工程的核心团队成员，大部分是他的学生。
2016年7月，中国天眼主体工程完工。
都说南仁东20年做了一件事：国家重大科技基础设施，世界最大的500米口径球面射电望远镜（FAST），日落成启用，人称“中国天眼”。他是这项大工程的发起者及奠基人，首席科学家兼总工程师，人称“中国天眼之父”。工程的核心团队成员，大部分是他的学生。
他们造出来的“中国天眼”，究竟是一只什么样的天眼？
80多年前的两个小伙子
天文望远镜，主要有光学望远镜和射电望远镜，此外还有红外、X射线、伽马射线等望远镜。
最初的天文望远镜是光学望远镜。1609年，45岁的意大利科学家伽利略，在一根管子两端装了两个镜片，对着月亮一看，看到了环形山，从此有了现代天文学。
早年的电视，收不到信号，屏幕上密密麻麻的雪花闪烁。这是电磁波信号，包括来自太空的射电辐射。
1933年，美国贝尔实验室的科学家卡尔·央斯基，研究长途通讯中的静电噪声时，发现银河中心持续的射电辐射，从此有了射电天文学。格罗特·伯雷应聘贝尔实验室失败，1937年在芝加哥附近的自家后院，制造出第一台射电望远镜。这两个小伙子，取得如此重大成果时，都只有二十多岁。
天文学家都想要很大很大的锅盖
以前屋顶上经常会看到“锅盖天线”，口径越大，电视画面越清晰。射电望远镜的“锅盖”，也是如此。所以世上的射电天文学家，都想有大口径“锅盖”，提高射电望远镜灵敏度。
当年伯雷制造的射电望远镜，抛物面天线直径是9.45米。
美国上世纪60年代在波多黎各建造了阿雷西沃射电望远镜，口径305米，在老大位置上坐了数十年。口径100米的射电望远镜，有德国波恩附近的埃费尔斯贝格射电望远镜，以及美国格林班克射电望远镜。
“中国天眼”FAST口径500米，抢到了老大之位。
还能不能制造更大的锅盖呢？
单个望远镜，要做得更大是很难了。不过办法是有的，用大量射电望远镜组成一个阵列，分布在辽阔的地理空间，收到信号综合分析，就相当于一个超大望远镜了。
比如国际天文学界正在建设的“平方公里阵列望远镜（SKA）”，它的观测能力将是神级的。中国是SKA的首创国之一。
“天眼”为什么造在偏远的洼坑里？
平方公里阵列望远镜，分布在从非洲到大洋洲的辽阔空间，而美国的阿雷西沃望远镜，和中国的“天眼”，都造在偏远的山窝里——喀斯特地形的洼坑中。这有什么讲究？
据专家说，好处不止一个。位置偏远，意味着受其他无线电信号的干扰最小；洼坑地形，是建造大锅盖的理想之地；喀斯特地形，即熔岩地形，排水畅通。
建造“中国天眼”之前搜寻选址，找了300多个洼坑，南仁东拄着拐杖，亲自考察了平塘县的几十个候选台址。贵州黔南州平塘县的大窝凼，地形最理想，获得最高分。
500米口径，有多厉害？
中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说：“望远镜反射面总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。尽管反射面板才1毫米厚，也用掉2000多吨铝合金。”他说，中国“天眼”有很多是有自主知识产权的，“都由国内顶级企业建造完成”。
组成射电望远镜“镜面”的4450块反射面单元，每一块标准单元有两部分，铝合金背架、反射面面板。这个铝合金背架，是萧山企业东南网架制造拼装的。
圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔，用掉的钢材有1万多吨。
美国阿雷西沃望远镜的馈源平台，1000多吨重，几乎固定在半空，这样的设计有利于馈源的定位，却缩小了观测角度。王启明说：“如果我们按照阿雷西沃的方案，我们500米望远镜，馈源平台重量至少会达到几千吨。这样重的大家伙挂在空中，成本相当大了。”他说，中国“天眼”用了轻型索支撑馈源平台方案，馈源舱只有30吨重。
所以说，“中国天眼”是我国具有自主知识产权，世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。
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责任编辑：李书苗
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