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2016年07月04日 星期一  
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中国大射电望远镜强在哪?

  上图为2014年9月1日拍摄的FAST夜景(国家天文台FAST项目团队提供);下图为2016年6月27日拍摄的FAST夜景(新华社记者 欧东衢 摄)。

  新华社贵阳7月3日电题  

  记者 吴晶晶 胡星 杨维汉

  

  还记得“锅盖天线”长什么样吗?

  2016年7月3日,直径500米、迄今全球最大的“锅盖”在贵州喀斯特天坑中架设完成。

  它就是500米口径球面射电望远镜,世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜。

  它被称为“天眼”,用来倾听宇宙深处声音、观测宇宙奥秘。

  无论是置身大射电望远镜边上,爬上附近山顶的观景台,还是通过虚拟现实视频,你都能直观感受它的第一特点———大。科学家们形容它是一座“观天巨眼”。

  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,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。

  “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。”王启明说。

  但大射电望远镜绝不是金属堆砌的“傻大粗”,它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台,加之馈源舱内的并联机器人二次调整,它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,可实现毫米级指向跟踪,确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。

  大射电望远镜的建造工艺也是精益求精。王启明说,由于严苛要求,这个大科学工程推动了多领域装备制造能力的提升:

  ———主动反射面的索网具备高弹性、抗拉伸、抗疲劳特征,其500兆帕的超高应力幅,是国家标准的2.5倍;

  ———帮助反射面变位的2000多个液压促动器通过伸缩实现精确定位、协同运动,还可将自身各项状态信息上报给控制系统,满足适时跟踪、换源等运动要求;

  ———承担着传输各种数据信息使命的动光缆可经受反复弯曲、卷绕和扭转等机械性能和恶劣自然环境考验。

  “我们的最初设计理念源自美国阿雷西博望远镜。但跟阿雷西博相比,主动反射面系统是我们最大的创新。”中国科学院国家天文台研究员、500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说,大射电望远镜的索网结构可以随着天体的移动变化,带动索网上的4450个反射单元,在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,极大提升观测效率。

  阿雷西博望远镜是固定望远镜,只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中的一个约20度的带状区域。而主动反射面让中国大射电望远镜拥有更广的观测范围,能覆盖40度的天顶角。

  大射电望远镜的工作频率比较广。彭勃说,馈源舱内配置了覆盖频率70MHz~3GHz的多波段、多波束馈源和接收机系统。

  中国科学院国家天文台副台长郑晓年说,100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”,中国大射电望远镜与它相比,灵敏度提高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜,50多年一直无人超越,中国大射电望远镜跟它相比,综合性能提高约10倍。

  “跟其他射电望远镜一样,中国大射电望远镜最主要的两大科学目标是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星,前者是研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化,后者是研究极端状态下的物质结构与物理规律。”郑晓年说。

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宁波日报