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2017年11月19日,星期日

国产世界最大单口径射电望远镜进入收尾阶段


近日,中国科学院上海天文台的科学家刘庆会介绍,利用FAST,人类可以观测脉冲星、中性氢、黑洞……这些宇宙形成时期的信息,甚至有更大机会捕捉外星生命的信号。

FAST能帮我们做什么?

接收脉冲星信号,探索宇宙起源

对科学家来说,宇宙中的脉冲星是很迷人的。它们的体积非常小,小的脉冲星直径一般只有几十公里,跟宇宙中动则直径上万公里的天体相比,身材简直弱不禁风。但是这么小个头的脉冲星,能量却非常大。

目前全世界观测到的脉冲星,都在银河系以内。将来,FAST有希望观测到银河系以外的脉冲星。

说起来,脉冲星的信号频率,和手机的频率差不多。如果人类能够接收到银河系外脉冲星的信号,就仿佛接了一个10万光年外的电话。

电话那头会“聊”些什么?——生活就像巧克力,你永远不知道会有多奇妙的事情发生。

总之越是遥远的信息,越是接近于宇宙起源的信息。

捕捉中性氢,了解星体历史

如果我们可以俯瞰宇宙,会发现宇宙空间也像人类生活的区域一样,有疏密之分:有的地方聚集了比较多的星体,有的区域则较少。

与人间不同的是,这和发达程度与否无关,这种分布和中性氢这种物质的分布相关。

大约137亿年前宇宙大爆炸后,刚刚起源的宇宙里,充满了稀薄的气体中性氢。这些气体经过演化,慢慢形成了宇宙中的各种恒星、行星。

感觉中性氢就像荣国府的老太太一样,她在哪里,哪里就是顶热闹的,姑娘、小伙儿都围着转。当然,这位太君真是万寿无疆。

所以搞明白了宇宙中“老太君”的习性,宇宙有几大家族,星体祖宗十八代历史就能搞清楚了。

组成观测网,看黑洞吞噬小天体

FAST建成后,能和中国现有的其他5个射电望远镜 (北京,口径50米;上海有两架,口径分别为65米、25米;乌鲁木齐,口径25米;昆明,口径40米)组成一个甚长基线干涉测量网——不用逼迫自己理解这个单词是什么意思,总之这是一个能够观测天体构造的高清系统。

比如,宇宙中是看不见的黑洞,因为黑洞会吸走任何物质。但一个天体被黑洞吞噬时的瞬间,它并不是了无痕迹的——因为天体会挣扎着发生喷流现象,“砰!”

感谢这最后的“挣扎”,这让人类有机会可以搞清楚黑洞周围的宇宙信息,由此推断出宇宙的故事。

当然,这首先得建立在看得见这一幕的基础上。目前,世界上的各种设备,大约看到过十个八个这样的情景。而FAST不仅可以看到,还能够看到一大堆喷流。刘庆会说,只有观测到大量的喷流样本,才可以得出更准确的结论。

除了宇宙的物质,地球上的人们也很关心,这样的大家伙,是不是更便于寻找外星生命?“理论上讲,FAST能够接收到更大范围的天外信息,要是运气好,刚好有外星人发信号,也许就能捕捉到。”刘庆会说,对想要寻找外星生命的人们来讲,FAST能够比目前的设备进一步的是,一旦接收到外星生物发射的信息,FAST能够准确地指出,它们是从哪个方向来的。

为什么建在贵州?

那里有最适合建望远镜的大坑

这样一个世界之最的设备,为什么要建在一个山坳坳里?

因为贵州到处都是坑啊!

刘庆会去年7月就去看过FAST,飞机在贵阳上空时,一眼望下去,从几米直径到几公里直径,天坑无数。

真的,这些都是老天“刨”的坑。

这些自然形成的喀斯特地貌坑,多是半球形,由经历风吹雨打留存下来的岩石组成,大而坚硬,非常稳定。

1995年底,射电“大望远镜”中国推进委员会,提出了利用贵州喀斯特洼地,建造球反射面的“喀斯特工程”概念。

射电望远镜是半个球面体造型的家伙,还有什么比让它“一屁股”稳稳坐进去的位置更落位的地方?“不然我们还得花费巨大的人力、物力为望远镜建造底座。”刘庆会说,像上海天文台的口径65米的望远镜,是由支架支撑的,建造成本相对比造基座低。但是目前并没有材料能够建造一个基座,支撑口径500米的大望远镜。“射电望远镜的四千多块面板还会调整角度,如果支撑得不好,很可能影响它的角度。”

经过反复筛选,中国科学家最终在平塘县克度镇找到了“大窝凼”——最适合硕大“天眼”的深深的“眼窝”。

所以建设就省下了一大笔挖坑的经费。“而且这个地区人烟稀少,信号受到的干扰很少。”刘庆会说,光是手机信号,就会大大干扰天外信号的接收,因为它们的信号频率相似,手机信号强度很可能高于天外信号几百万倍。

去年刘庆会去贵阳的时候,FAST已经到了铺面板的阶段。这样的大型天文设备,也和建筑物一样,讲究做工的精巧。比如,FAST大面板上最重要的装置——汇聚信息的喇叭形“馈源”,是中国设计师的一大创新。FAST的馈源,由6根绳索拉住,本身重量只有几十吨,非常轻巧。