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把深空的秘密擒到人间

时间:2024-11-05 09:25:45

我国研制和建设的世界最大的单口径望远镜—500米口径球面射电望远镜,2016年9月就正式上岗啦,它肯定会让我们看到一个不一样的宇宙。

美国加州大学洛杉矶分校等离子体实验中心研究员徐令予文

宇宙中的天体除了能发出可见光外,还会发出我们用肉眼看不到的其他波段的电磁波。所以,能够观察、接收和分析深空中电磁波的射电望远镜就变成了天文学家研究宇宙天体的法宝,为人类探索宇宙打开了一扇大门。

射电望远镜依靠一块大型反射镜,尽可能多地收集空中微弱的电磁波,并使之聚焦到局部区域,然后记录下来,供进一步的分析处理。因此,空间分辨率和灵敏度是衡量一台射电望远镜性能的基本指标。

移动馈源巧解难题

如果想观察天空中的不同方向、不同位置,应该怎么办呢?要知道如此巨大的主反射镜自重都在数千吨以上,把它们放置于活动支架上让其转动,这条路根本走不通。这就涉及我国自主创新的两项核心技术:“馈源支撑系统”和“主动反射面单元”。

千万别以为移动馈源是小事一桩。它自重不轻,要让它在500米直径的空间跨度上作精确移动和定位实属不易。中国科学家为馈源的支撑控制作出了“变革式”的创新设计——使用6根大跨度柔索,牵引馈源舱做高精度三维扫描运动,使馈源舱的动态定位精度达到毫米级!而且,与美国305米口径的阿雷西博射电望远镜的馈源系统相比,它的重量由1000吨降到了20吨。

中国的这台巨无霸射电望远镜的天空覆盖区域可达到天顶角40度(即入射光线与地面法线间的夹角),这个重要指标也远超阿雷西博射电望远镜,后者已占据最大口径射电望远镜的冠军宝座长达几十年。

选址为何青睐贵州

这座为世人瞩目的射电望远镜之所以建在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼洼地,有多个原因:一方面,天坑似的洼地与500米口径的射电望远镜相匹配,减少了施工工程量,而且大窝凼的喀斯特地质可以避免雨水积聚;另一方面,大窝凼附近没有集镇和工厂,在5千米半径之内没有一个乡镇,25千米半径之内只有一个县城,远离各种人为电磁污染,是极为理想的最佳选址。

除了这些众所周知的原因外,还有其他一些因素少为人知:贵州黔南地区冬暖夏凉,气温长年在20摄氏度上下,大型反射镜面金属材料的热胀冷缩问题容易得到控制。试想一下,把它建在华北或东北,在千里冰封、万里雪飘的冬季,为了防止神奇的天眼闭目冬眠,需要解决的一系列工程问题定会让建设者头疼。同时,黔南地区风速小,风向变化也少,这点也很关键,否则跨度500米的由6根柔性悬索吊挂在100米高空的馈源随风乱舞,还怎么保证测量的灵敏度?还有一点更为重要,贵州不是地震多发地带,在这里建造的望远镜稳定性更高,不易遭到地震破坏。

建设500米口径球面射电望远镜对天体物理学研究的意义十分明显。凭借其对深空电磁波观测的高分辨率和高灵敏度这两个本领,它可以把中国空间测控能力延伸至整个太阳系;用来接收深空卫星的通讯数据,下载速率可提高100倍;提供地球中高层的大气、电离层和地磁场的有关参数,为子午工程作出贡献……
   

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