世界上最大射電望遠(yuǎn)鏡

　世界最大口徑射電望遠(yuǎn)鏡即中國建造世界上最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(簡稱FAST)。是由國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議確定的國家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，采用中國科學(xué)家獨創(chuàng)設(shè)計和我國貴州南部喀斯特洼地的獨特地形條件，建設(shè)一個約30個足球場大小的高靈敏度巨型射電望遠(yuǎn)鏡世界最大口徑射電望遠(yuǎn)鏡即中國建造世界上最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡?，F(xiàn)在就由小編與大家一起了解有關(guān)電望遠(yuǎn)鏡的資料吧！

　　1995年，中國天文學(xué)家提出了在喀斯特洼地中建造500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想，并選址于貴州省黔南州平塘縣的大窩凼洼地。FAST利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址，洼坑內(nèi)創(chuàng)造性地鋪設(shè)4600塊單元組成500米球冠狀主動反射面，將首次采用輕型索拖動機構(gòu)和并聯(lián)機器人，實現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡接收機的高精度定位。

　　2007年，世界最大口徑射電望遠(yuǎn)鏡項目獲得了國家審批立項，成為中國九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。

　　2008年12月26日，具有中國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施—500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five hundred meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST)工程奠基儀式在貴州省黔南州平塘縣一個名為“大窩凼”的洼地舉行。

　　2011年3月正式開工建設(shè)以來，各系統(tǒng)陸續(xù)進(jìn)入實施階段。

　　2013年12月31日順利完成FAST項目鋼結(jié)構(gòu)主動反射面的環(huán)形支撐圈梁工程合攏，標(biāo)志著該項目工程工藝設(shè)備進(jìn)入全面的建設(shè)階段。當(dāng)日下午，整個環(huán)形支撐圈梁中最后一個廂梁被吊至

　　2014年4月，已經(jīng)有多個國家的天文學(xué)家提交了研究觀測計劃。7月17日，中國科學(xué)院發(fā)布消息說，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、由中國建造的世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)”開始實施望遠(yuǎn)鏡反射面索網(wǎng)現(xiàn)場安裝。

　　預(yù)計將在2016年9月建成，并投入使用，屆時將向全世界開放。

　　 建造優(yōu)勢

　　FAST項目采用了中國科學(xué)家獨創(chuàng)的設(shè)計，同時也利用了貴州獨特喀斯特地形條件和極端安靜的電波環(huán)境。 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的臺址位于貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)綠水村的“大窩凼”洼地。“大窩凼”洼地是喀斯特地貌所獨有的一大片漏斗天坑群，就像一個天然的巨碗，剛好盛起望遠(yuǎn)鏡約20萬平方米的巨型反射面，建成后的望遠(yuǎn)鏡將會填滿整個山谷。

　　石雅镠表示，“望遠(yuǎn)鏡實質(zhì)上就是一個大的天線，天線的口徑如果超過100米，原來的支撐結(jié)構(gòu)一般都要垮塌，所以望遠(yuǎn)鏡本身就要采取比較特殊的結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)就要依賴于洼地。”利用貴州南部獨特的天然喀斯特洼坑可大大降低望遠(yuǎn)鏡工程造價。

　　喀斯特地質(zhì)條件還可以保障雨水向地下滲透，而不會淤積在表面腐蝕和損壞望遠(yuǎn)鏡。

　　大窩凼有極端寧靜的自然環(huán)境，由于無線電環(huán)境對射電望遠(yuǎn)鏡影響極為重要，項目地址半徑5公里之內(nèi)必須保持寧靜和電磁環(huán)境不受干擾。大窩凼附近沒有集鎮(zhèn)和工廠，在5公里半徑之內(nèi)沒有一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，25公里半徑之內(nèi)只有一個縣城，這為大射電望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)提供了極端安靜的電波環(huán)境。

　　 項目優(yōu)勢

　　與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米口徑望遠(yuǎn)鏡相比，它的靈敏度提高約10倍;與目前世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——美國阿雷西博(Arecibo)305米口徑望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高約2.25倍。

　　技術(shù)創(chuàng)新

　　平塘FAST工程作為世界領(lǐng)先水平的射電工程，首先帶動了很多技術(shù)的發(fā)展。因為沒有人做過，所以沒有可借鑒的意義。工程建設(shè)中的材料、結(jié)構(gòu)、光激電控制和測量等，都有引領(lǐng)和帶動作用，基本上沒有跟蹤和模防。目前，平塘FAST工程90%以上的材料都是我國自己研制的。如果要說有國際合作，那么將是后期工程中的接收機方面，但這也僅僅是合作而已。因為平塘FAST工程，都是中國自主創(chuàng)新的科技基礎(chǔ)設(shè)施。

　　主要三大技術(shù)創(chuàng)新：

　　一、在世界上首次利用天然地貌建設(shè)巨型望遠(yuǎn)鏡;

　　二、采用主動反射面技術(shù)，整個反射面由4600多塊可運動的等邊球面三角形葉片組成;

　　三、創(chuàng)新是輕型索拖動饋源支撐技術(shù)，將萬噸平臺降至幾十噸，實現(xiàn)了毫米級的動態(tài)定位精度。

　　據(jù)悉，F(xiàn)AST最大的技術(shù)成就是解決了球面鏡隨時變拋面鏡，這一難點，中國是世界上首個掌握該技術(shù)的國家。

　　 應(yīng)用

　　建成后主要用于實現(xiàn)巡視宇宙中的中性氫、觀測脈沖星、主導(dǎo)國際VLBI網(wǎng)和搜尋星際通訊信號等科學(xué)目標(biāo)的FAST工程，是目前世界上正在建造及計劃建造中口徑最大、最具威力的單天線射電望遠(yuǎn)鏡。

　　 價值

　　具有中國獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的FAST建成后，其靈敏度、天區(qū)覆蓋面和測量精度將大大超越世界上已建成的射電望遠(yuǎn)鏡，屆時將成為世界上口徑最大、最具威力的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。FAST涵蓋的天文學(xué)內(nèi)容豐富，從宇宙初始混濁、星系演化、恒星乃至太陽、行星與鄰近空間事件等的觀測研究，都有非常強的競爭力，其中脈沖星探測、中性氫和奇異暗弱天體成像等課題蘊藏著巨大的發(fā)現(xiàn)機遇。作為一個多學(xué)科研究平臺，擬回答的問題不僅是天文的，也是面對人類與自然的;它還將在日地環(huán)境研究、深空探測和國家安全等方面發(fā)揮重要作用;其建設(shè)將推動中國眾多高科技領(lǐng)域的發(fā)展。

　　科研地位

　　國家天文臺副臺長、主動反射面系統(tǒng)總指揮鄭曉年說，“FAST應(yīng)該說是世界第一大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，從射電望遠(yuǎn)鏡地位來說，如果建成的話，我們可以形象地說，它在射電望遠(yuǎn)鏡中，可以做盟主。跟它可比的就是美國305米的阿雷西博(Arecibo)望遠(yuǎn)鏡，是最大的單口望遠(yuǎn)鏡。”

　　FAST建成后將成為世界上最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，靈敏度提高約10倍;與排在阿波羅登月之前、被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國Arecibo 300米望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高約10倍。

　　作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST將在未來20～30年保持世界一流設(shè)備的地位。這個球面射電天文望遠(yuǎn)鏡建成后，平塘將成為世界級的天文觀測中心。該項目是國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議確定的九大國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目之一，被列入國家“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目，由中科院與貴州省攜手合作共建，項目總投資10億元，預(yù)計2016年竣工建成。

　　中國望遠(yuǎn)鏡建設(shè)趕超世界

　　從1609年伽利略制作出第一架望遠(yuǎn)鏡到射電望遠(yuǎn)鏡誕生的300多年中，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一直是天文觀測最重要的工具。不過受到可見光本身特性的局限，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在宇宙更深處的觀測上是無能為力的。

　　誕生于20世紀(jì)30年代的射電望遠(yuǎn)鏡與以接收可見光進(jìn)行工作的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，它依靠接收天體發(fā)出的無線電波來工作。由于無線電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無法通過的星際塵埃介質(zhì)，不太會受光照和氣候的影響，射電望遠(yuǎn)鏡可以透過星際塵埃全天候、不間斷地工作。

　　當(dāng)代先進(jìn)射電望遠(yuǎn)鏡有：以德意志聯(lián)邦共和國100米望遠(yuǎn)鏡為代表的大﹑中型厘米波可跟蹤拋物面射電望遠(yuǎn)鏡;以美國國立射電天文臺﹑瑞典翁薩拉天文臺和日本東京天文臺的設(shè)備為代表的毫米波射電望遠(yuǎn)鏡;以及擁有27個射電望遠(yuǎn)鏡的美國甚大天線陣。

　　我國在射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)方面正在實現(xiàn)趕超。2008年，亞洲最大的65米口徑可轉(zhuǎn)動射電天文望遠(yuǎn)鏡工程在上海天文臺落成。這臺射電望遠(yuǎn)鏡的綜合性能排名亞洲第一、世界第四，能夠觀測100多億光年以外的天體，將參與我國探月工程及各項深空探測。

　　由于單口徑射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)受到環(huán)境和技術(shù)局限巨大，人類嘗試以多個相對較小的望遠(yuǎn)鏡組成并聯(lián)陣列來實現(xiàn)更大的觀測范圍，建設(shè)中的SKA項目就是這類望遠(yuǎn)鏡的代表。

　　15個國家、30個研究機構(gòu)，自1993年開始就卷入一個雄心勃勃計劃中，這便是SKA計劃。SKA全稱為“一平方公里陣射電望遠(yuǎn)鏡”，試圖建造出世界上最強大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列。這一陣列將由上百架綿延3000公里的射電望遠(yuǎn)鏡組成，猶如一個超大麥田怪圈。

　　中國的FAST項目原本就計劃作為SKA的一部分，但國際合作項目阻力重重的狀況下，F(xiàn)AST最終獨立出來。

　　中國、澳大利亞、南非、阿根廷都曾參與到SKA項目的選址之爭。這一曠日持久的項目直到2012年才確定落戶南非和澳大利亞。該項目預(yù)計總投資15億歐元，根據(jù)計劃將于2022年投入運營。

　　應(yīng)用價值

　　FAST可把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。其應(yīng)用價值可以是為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘;診斷識別微弱的空間訊號，為國家安全服務(wù);提供高分辨率和高效率的地面觀測;跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報。

　　FAST項目建成后，邊遠(yuǎn)閉塞的中國黔南喀斯特山區(qū)將變成世人矚目的國際天文學(xué)術(shù)中心，還可為當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)增添新的旅游景點。

　　科學(xué)價值

　　FAST項目的科學(xué)意義非常重大。建望遠(yuǎn)鏡是瞄準(zhǔn)21世紀(jì)的科學(xué)前沿，尋找暗物質(zhì)、暗能量?，F(xiàn)在宇宙中有99%的質(zhì)量和能量知道它的存在，但不知道它的特性是什么。

　　能用一年時間發(fā)現(xiàn)約7000顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律;有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì);發(fā)現(xiàn)中子星——黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質(zhì)量;通過精確測定脈沖星到達(dá)時間來檢測引力波;作為最大的臺站加入國際甚長基線網(wǎng)，為天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)成像;還可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實現(xiàn)銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破;用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明等等。

　　天文發(fā)現(xiàn)

　　把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。脈沖星到達(dá)時間測量精度由目前的120納秒提高至30納秒，成為國際上最精確的脈沖星計時陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。進(jìn)行高分辨率微波巡視，以1Hz的分辨率診斷識別微弱的空間訊號，作為被動戰(zhàn)略雷達(dá)為國家安全服務(wù)。作為“子午工程”的非相干散射雷達(dá)接收系統(tǒng)，提供高分辨率和高效率的地面觀測;跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報。 FAST研究涉及了眾多高科技領(lǐng)域，如天線制造、高精度定位與測量、高品質(zhì)無線電接收機、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、海量數(shù)據(jù)存儲與處理等。FAST關(guān)鍵技術(shù)成果可應(yīng)用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動態(tài)測量、大型工業(yè)機器人研制以及多波束雷達(dá)裝置等。FAST的建設(shè)經(jīng)驗將對我國制造技術(shù)向信息化、極限化和綠色化的方向發(fā)展產(chǎn)生影響。 有了FAST，邊遠(yuǎn)閉塞的黔南喀斯特山區(qū)將變成世人矚目的國際天文學(xué)術(shù)中心，成為把貴州展現(xiàn)給世界的新窗口。以FAST為主體的天文科普基地將推進(jìn)我國西部、甚至全國的科普工作，教育青少年、宣傳公眾與決策層，為科教興國的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)服務(wù)。

　　有助解開宇宙起源之謎

　　FAST不僅讓中國的天文學(xué)家為之振奮，全世界的天文學(xué)家也在緊盯著它——寄希望于這個最大的“天眼”或許能找到外星人，并解開宇宙起源之謎。也有多個國家的天文學(xué)家提交了相關(guān)研究觀測計劃。

　　看一眼初始的宇宙、弄清宇宙結(jié)構(gòu)的形成及演化至今的過程，在天文學(xué)家眼里，大型射電望遠(yuǎn)鏡是實現(xiàn)這一目標(biāo)不可缺少的工具。

　　與世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡——美國阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST將為人類帶來更大的宇宙觀測空間。

　　“FAST是我們國家在大射電望遠(yuǎn)鏡方面的探索，由于它的大口徑，能讓我們看到更遠(yuǎn)的太空，由此也許能解開宇宙形成的一些奧秘，”北京師范大學(xué)天文系副系主任楊志良解釋，我們現(xiàn)在接收到的光都是宇宙天體很多年以前發(fā)出的。如果說FAST建成了，它就能將我們探索宇宙的眼睛投射到更遠(yuǎn)的太空，大大縮短了信息傳達(dá)到地球上所花費的時間。

　　另外，F(xiàn)AST將會使我們的觀測范圍涵蓋從脈沖星、黑洞，到星系、暗物質(zhì)和暗能量的廣泛的天體物理學(xué)目標(biāo)。“由此，我們也許就能探索到宇宙結(jié)構(gòu)的形成及演化的奧秘。”這一眾多天文人的夢想也許再過7年就將實現(xiàn)。

　　尋找外星文明

　　天體之間的距離是非常遙遠(yuǎn)的，人馬座的比鄰星是除太陽外離地球最近的一顆恒星，距離地球4.27光年，所以我們不可能發(fā)射一種能夠直接到達(dá)的探測器去探索它們。而現(xiàn)代電子技術(shù)、無線電通信、計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，為天文學(xué)家們搜尋地外文明提供了一種好辦法——利用射電波即無線電波尋找地外文明。

　　AST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東指出，F(xiàn)AST對于人類尋找外星文明的夢想也有重要意義。一旦在遙遠(yuǎn)的某個星球上有智慧文明存在的話，他們活動所產(chǎn)生的無線電波就向外發(fā)送，有可能會傳到地球。如果我們在地球上建立了高度靈敏的接收裝置，就有可能接收到外星射電波，從而獲得地外文明存在的證據(jù)。

　　經(jīng)濟發(fā)展

　　該項目落戶貴州，使貴州鋁廠、貴州振華集團、江南航天集團、貴州航空工業(yè)集團等企業(yè)和貴州科學(xué)院、貴州大學(xué)等科研院校有機會直接參與該項目建設(shè)。為貴陽市以全力支持國家超大型科學(xué)裝置建設(shè)為切入點謀求重大發(fā)展機遇、加速提升我市科技經(jīng)濟水平，開辟了新渠道。對我市裝備制造業(yè)、鋁工業(yè)結(jié)構(gòu)升級有重大意義。 一、加快提升鋁工業(yè)和裝備制造業(yè)的創(chuàng)新能力。

　　借助FAST設(shè)計和建設(shè)，實施“FAST關(guān)鍵材料及制品的研發(fā)及應(yīng)用”項目，把我市開發(fā)的新型高強度鋁合金應(yīng)用于大型科學(xué)裝置，助推國家科技支撐計劃項目《高性能鋁合金及其制造工藝技術(shù)開發(fā)》成果快速產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用，將大大加快貴州省系列化高性能鋁合金研發(fā)應(yīng)用步伐，提升高性能鋁材料和結(jié)構(gòu)、航空航天等高科技領(lǐng)域的深度開發(fā)能力，鍛煉、提高省、市科技人才隊伍素質(zhì)。 二、加快本地鋁材料高新技術(shù)企業(yè)的成長和高性能高科技鋁產(chǎn)業(yè)鏈的形成。

　　實施“FAST關(guān)鍵材料及制品的研發(fā)及應(yīng)用”項目，將對貴州省鋁材料工程技術(shù)研究中心的成長和升級起到強有力的推動作用，使其形成完整的“研發(fā)-中試-放大-產(chǎn)業(yè)化”中心線，進(jìn)而加快貴陽市“鋁-高性能鋁合金(結(jié)構(gòu)和功能材料)-軍工-航空航天-高科技-關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)”這一新型產(chǎn)業(yè)鏈的形成，解決長期以來限制貴州省鋁工業(yè)結(jié)構(gòu)升級的重大瓶頸，推動關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)聚集和升級。 三、 促進(jìn)我市機電行業(yè)和三大軍工企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)升級。

　　實施“FAST關(guān)鍵材料及制品的研發(fā)及應(yīng)用”項目，將培育出多種以新型高強鋁合金為基體的標(biāo)準(zhǔn)輕強結(jié)構(gòu)件、傳動件和連接件等，為機電行業(yè)和三大軍工企業(yè)實現(xiàn)低成本技術(shù)升級創(chuàng)造一次重大歷史機遇。