中国“天眼”:不当“近视眼”聚焦要完美

中国“天眼”:不当“近视眼”聚焦要完美
2019年01月29日 10:24 新浪科技综合

  来源:中国科学报

  中国“天眼”——中科院国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)坐落于贵州西南喀斯特窝凼,相当于30个标准足球场的面积,超越了美国于上世纪70年代建造的305米口径望远镜Arecibo,成为当之无愧的“世界之最”。

  然而,建造大口径射电望远镜并非科学家们的终极目标,天文学家们渴望弄清楚遥远的深空究竟隐藏了多少尚未发现的物质。

  “我们的征程是星辰大海。”日前,九三学社北京市委举办“科普中国——科学大咖面对面”活动,中国科学院探月工程总体部首席科学家严俊在活动中这样表述。

  “天眼”实际上是更加灵敏的雷达,通过接收天体传来的电磁波对其进行分析判断。与光学望远镜相比,射电望远镜受到宇宙微尘的干扰更小,并可以实现全天候、全时段观测。

  1993年,参加国际电联的天文学家共同提出了名为“LT”的计划,即建造大口径射电望远镜。一般来说,100米口径射电望远镜大约为一个标准足球场大小,其探测精度可分辨小于百亿亿亿分之一瓦特的电磁信号,相当于1/N片雪花飘落地面释放的能量,而射电望远镜可以感知到这些能量的存在。大口径射电望远镜为人类观测宇宙“深空微尘”提供了优质路径。

  “随着科技进步,人类干预宇宙空间电磁波的能力越来越强,在电波被人类彻底毁坏之前,若能回溯宇宙,或许能回答‘ 宇宙初始来自何方’‘初始是怎样的状态’等一系列天文难题。”严俊解释道。

  严俊介绍,上世纪90年代,中国的射电望远镜口径为25米,中国的天文学家们似乎比其他国家的同行更渴望“建造一架世界一流的巨型射电望远镜”,在国际上实现中国射电望远镜从“追赶”到“领先”的跨越。1993年国际同行的讨论让中国的机会来临,1994年中国天文学家着手可行性研究和选址工作。

  经过10余年的努力,2016年中国“天眼”终于落成,但它目前尚未开启正常观测模式,仍在调试中。

  “巨型望远镜的调试涉及天文、测量、控制等多个学科,国际上传统的大型射电望远镜调试周期一般不少于4年。”严俊告诉《中国科学报》,“FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式,调试工作也是一项高难度、具有挑战性的工作。”

  在严俊看来,FAST的“大”是优势,但使其具备灵敏度却是难点。对于只有俯仰和自转轴两套驱动控制系统的射电望远镜而言,FAST仅反射面控制就需要2200多台促动器协同动作,形成一个复杂的耦合控制系统,牵一发而动全身。

  除了对灵敏度的控制,FAST的观测精度更不容忽视。FAST直径500米,但要实现毫米级的多目标、大范围、高动态控制精度,对工程师而言,是另一项必须接受的挑战。

  FAST的精度要求表现在观测上。FAST建在洼地,洼地大气、湿度状况极为复杂,对光的折射影响也很大。严俊表示,FAST不能成为“近视眼”,模模糊糊看宇宙,需要矫正所有的干涉项,实现完美聚焦。所有这些都依靠调试。

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