医学进展
2017年03月号
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中国最大射电望远镜“大耳朵”魅力四射

作者:生命新知

在中国西南部锯齿状石灰岩群山的环绕中,工程师们正在对一个壮观的天文设施——500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)进行收尾工作,该设施将收集来自宇宙的无线电信号。这一世界最大的射电望远镜能够寻找到来自“星星的你”探测的引力波、发现暗物质和搜寻快速电波爆发,以及搜索外星文明。
南仁东是FAST的总工程师和首席科学家,他对此项目专注有20多年,建造了令其他天文学家惊叹且钦佩的FAST工程。美国国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory,NRAO)的前主任弗雷德罗说,FAST是土木工程的一个壮举。
FAST不仅在大小上占据第一,而且其地面接收面积(collecting area)是位居第二的波多黎各的阿雷西博射电望远镜的两倍多。FAST还在设计上开辟了新天地,其将球形碟面的一部分变形为逐渐移动的抛物面,以随地球自转追踪宇宙物体。虽然贵州省的官员于2016年9月25日举行了庆祝FAST完工的仪式,但“大耳朵”项目尚未按计划顺利进展。南仁东专注于解决最近发现的技术故障,该故障阻碍了碟面的塑形能力,为了实现FAST的科学前景,“我们有很多事情要做”。
FAST的酝酿始于上个世纪90年代,当时南仁东是国际工作组的中国代表团成员,该工作组提议将“平方公里阵列”(Square Kilometre Array,SKA)作为下一代射电望远镜工程的想法。天文学家们关注于技术的进步,以期将数十甚至数百个望远镜的无线电波综合在一起,从而获得一个远超任何现有望远镜的观察面积。在计划的早期,中国试图主办SKA,其提议在其西南省份的石灰岩洼地建设数个大型望远镜,中国天文学家甚至完成了初步的FAST原型工作。与之相反,SKA的支持者们选择了数千个小型望远镜的设计。在2006年,中国被剔除出候选列表名单;SKA在南非和澳大利亚的1期建设预期在2018年开始动工。虽然竞选结果令人沮丧,但南仁东及其同事推动建设了FAST项目。
在1990年代,卫星测量确认了400个候选洼地,南仁东亲自进行筛选,他徒步走进大窝凼洼地,看到了一片近圆形的天空,“就像处于井底”。“这一地点是FAST的最佳地点,(但却是)建设最糟糕的地点”,“几乎所有事情都得由人工完成”,工人非常敬业,也非常辛苦,在气温高达40℃的温度下,肩膀重负100公斤进行工作。
射电望远镜的碟面通常是抛物面,因为该形状可将来自天体(与抛物面轴一致)的无线电波聚焦至碟面上方的一点。望远镜的接收器或副反射器被放置在这一点上。抛物面射电望远镜能够指向天体,对围绕地球旋转的天体进行跟踪,抛物面反射器会使来自抛物面轴外的目标的无线电波变形失真。
南仁东和他的团队将FAST球面反射器的一部分牵拉为300米直径的抛物面,接收器沿着抛物面轴放置,就像是大锅中的小碗。抛物面的位置可以实时改变,所以抛物面轴总是随地球自转瞄准所关注的宇宙物体。FAST最多可覆盖40度的天顶角。
FAST项目的天文学家朱明郑重宣告,“中国最大的射电望远镜工程会越来越接近完美,魅力四射”。澳大利亚的射电天文学家Dick Manchester对此表示赞同,“中国的这项工程是一个创举”。
参考文献: British Medical Journal 2016;352:i17

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