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把深空的秘密擒到人間

時間:2024-11-05 09:25:45

我國研制和建設的世界最大的單口徑望遠鏡—500米口徑球面射電望遠鏡,2016年9月就正式上崗啦,它肯定會讓我們看到一個不一樣的宇宙。

美國加州大學洛杉矶分校等離子體實驗中心研究員徐令予文

宇宙中的天體除了能發出可見光外,還會發出我們用肉眼看不到的其他波段的電磁波。所以,能夠觀察、接收和分析深空中電磁波的射電望遠鏡就變成了天文學家研究宇宙天體的法寶,為人類探索宇宙打開了一扇大門。

射電望遠鏡依靠一塊大型反射鏡,盡可能多地收集空中微弱的電磁波,并使之聚焦到局部區域,然後記錄下來,供進一步的分析處理。因此,空間分辨率和靈敏度是衡量一台射電望遠鏡性能的基本指标。

移動饋源巧解難題

如果想觀察天空中的不同方向、不同位置,應該怎麼辦呢?要知道如此巨大的主反射鏡自重都在數千噸以上,把它們放置于活動支架上讓其轉動,這條路根本走不通。這就涉及我國自主創新的兩項核心技術:“饋源支撐系統”和“主動反射面單元”。

千萬别以為移動饋源是小事一樁。它自重不輕,要讓它在500米直徑的空間跨度上作精确移動和定位實屬不易。中國科學家為饋源的支撐控制作出了“變革式”的創新設計——使用6根大跨度柔索,牽引饋源艙做高精度三維掃描運動,使饋源艙的動态定位精度達到毫米級!而且,與美國305米口徑的阿雷西博射電望遠鏡的饋源系統相比,它的重量由1000噸降到了20噸。

中國的這台巨無霸射電望遠鏡的天空覆蓋區域可達到天頂角40度(即入射光線與地面法線間的夾角),這個重要指标也遠超阿雷西博射電望遠鏡,後者已占據最大口徑射電望遠鏡的冠軍寶座長達幾十年。

選址為何青睐貴州

這座為世人矚目的射電望遠鏡之所以建在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼窪地,有多個原因:一方面,天坑似的窪地與500米口徑的射電望遠鏡相匹配,減少了施工工程量,而且大窩凼的喀斯特地質可以避免雨水積聚;另一方面,大窩凼附近沒有集鎮和工廠,在5千米半徑之内沒有一個鄉鎮,25千米半徑之内隻有一個縣城,遠離各種人為電磁污染,是極為理想的最佳選址。

除了這些衆所周知的原因外,還有其他一些因素少為人知:貴州黔南地區冬暖夏涼,氣溫長年在20攝氏度上下,大型反射鏡面金屬材料的熱脹冷縮問題容易得到控制。試想一下,把它建在華北或東北,在千裡冰封、萬裡雪飄的冬季,為了防止神奇的天眼閉目冬眠,需要解決的一系列工程問題定會讓建設者頭疼。同時,黔南地區風速小,風向變化也少,這點也很關鍵,否則跨度500米的由6根柔性懸索吊挂在100米高空的饋源随風亂舞,還怎麼保證測量的靈敏度?還有一點更為重要,貴州不是地震多發地帶,在這裡建造的望遠鏡穩定性更高,不易遭到地震破壞。

建設500米口徑球面射電望遠鏡對天體物理學研究的意義十分明顯。憑借其對深空電磁波觀測的高分辨率和高靈敏度這兩個本領,它可以把中國空間測控能力延伸至整個太陽系;用來接收深空衛星的通訊數據,下載速率可提高100倍;提供地球中高層的大氣、電離層和地磁場的有關參數,為子午工程作出貢獻……
   

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