向全球天文学家开放,中国“天眼”也是 世界的“天眼”

企鹅科学Bob2019-10-11 16:22

位于中国贵州的全球最大单口径射电望远镜FAST(500米口径球面射电望远镜“天眼”),正在紧锣密鼓地准备向全球天文学家开放,即将开启高灵敏度观测的新时代。这不仅有助于寻找引力波,还能探测到神秘又短暂的快速射电暴(FRB)。

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自2016年调试阶段开始以来,这台价值12亿元人民币的超大型望远镜发现了100多颗新的脉冲星。《自然》网站在2019年初报道中,将FAST天眼入选为2019年最值得关注的十大事件!那么,中国FAST天眼是如何慢慢睁开“双眼”探索宇宙的呢?

世界上最大的单口径射电望远镜

FAST被建造在贵州省平塘县克度镇金科村大窝凼的一个形成于4500万年前的巨型天坑中,这是科学家们经过15年的考察勘探得出的结果。地貌接近于FAST的造型,工程开挖量小;人迹罕至,电磁干扰少;喀斯特地质,保障雨水向地下渗透时不会腐蚀望远镜,就是这些建设的理想条件最终促成了FAST落址于此。

逢山开路、遇水搭桥,从第一个环梁结构,再到铺上索网,科学家从始到终坚持了22年,建造了一个世界上最大的单口径射电望远镜。“天眼”是一个500米口径的射电望远镜,直径是500米,反射面的面积相当于30个足球场的大小,它是世界上最大的单口径射电望远镜。

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它究竟有多大呢?如果把它比喻成一口锅的话,如果它盛满了水,全世界每个人都可以分4瓶,够所有人喝一天的。

中科院国家天文台研究员FAST调试组组长姜鹏在演讲中曾介绍到:仅FAST的反射面来讲,可以把它比喻成天眼的视网膜。它是一个500米口径的钢梁,架在了50根巨大的钢柱子上,然后一个6670根钢索编织的索网挂在环梁上,上面铺着4450块反射面单元,下面有2225根下拉索,固定在地面上的触动器。通过这些触动器拽这些下拉索,就可以控制索网的形状,一会儿是球面,一会儿是抛面,进行天文信号的收集和观测。

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“天眼”也是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的一个索网工程。

对于FAST来讲,FAST是要变形的,一会儿是球面,一会儿是抛物面,它要对不同的天体进行观测,它一直在动。所以在这里它的钢索更像是弹簧,它对疲劳的性能要求极高。

FAST到底需要什么样性能的疲劳性能钢索?科学家首先要预估未来30年望远镜的运行轨迹。有了这些轨迹,就可以进行大规模的力学仿真。

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FAST6000多根索,2000多个节点盘,上万个关节轴承,都是工人不管是烈日,还是严寒在空中一个个散拼的。

通过轨迹的计算,大概可以计算出6000多根的钢索,每一根钢索在未来30年,它的应力失常曲线,就是它的应力到底是怎么变化的,然后对它的应力幅再进一步分解,就可以知道每根索在未来30年它所承受的应力幅,包括疲劳次数。

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FAST结构钢索应力幅及疲劳损伤分布图

我国科学家在经历所有可能发生的各种破坏形式,从锚固的损伤破坏,单丝的磨损破坏。经历近百次的失败,与多家企业共同合作,历时两年终于研制出了一个适用于FAST的成品钢索结构。

中国“天眼”,世界的“天眼”

FAST望远镜具有超高的灵敏度和大覆盖天区,它可以以它超高的灵敏度阅读由21厘米线谱写的宇宙历史,它有可能探测到更早期137亿光年之前的宇宙。同时它还可以主导国际VLBI电网,可以实现高分辨率、高灵敏度的天文观测。它可以把我国的空间探测和通讯能力延伸到太阳系的边缘。

脉冲星,旋转的死亡恒星核,是一个高密度的天体,一颗方糖大小体积的质量就上亿吨。它的发现将会有可能为我们揭示更多极端物理条件下的物理规律,也是宇宙最精确的灯塔。这也是中国自主研发的天文设备,第一次探测到新发现的脉冲星,而探测到这个脉冲星的就是我们的FAST。

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2017年10月10号FAST新发现两颗脉冲星。

这口躺在中国贵州的"大锅",它有着"世界之最"的500米口径,能接收到来自137亿光年以外的电子信号,这个距离接近于宇宙的边缘。它有着极高的灵敏度,与号称"地面最大机器"的德国波恩100米望远镜相比,它的灵敏度提高约10倍。它有着"毫米精度",500米的结构处处都是头发丝般毫米级的精度要求,能把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里。

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FAST的超大尺寸意味着它可以探测到来自宇宙各个角落的极微弱的无线电波信号,包括脉冲星和遥远星系的氢。FAST还将探索射电天文学的一个前沿领域——利用无线电波定位可能存在地外生命的系外行星。在未来的20至30年内,FAST将一直保持着世界一流设备的地位,成为世界望远镜中的领头者。

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如果你们运气足够好的话,爬上山顶,就可以看到这样一个雾中FAST,晚上去的话,你可以看到一个非常美丽的星空。

近日据上海天文台台长、中国科学院FAST监督委员会联席主席沈志强提到:FAST自2016年进入调试阶段,一直只有中国科学家领导的项目才能取得FAST的初始数据。但是现在,全世界的研究人员都能申请观测时间了。

“一想到能用FAST我就超级激动。”美国西弗吉尼亚大学射电天文学家MauraMcLaughlin说。她想通过FAST研究脉冲星,寻找河外星系中脉冲星的所在位置,这些脉冲星的信号非常微弱,地球上很少有望远镜能够探测到。

编排:Bob

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(企鹅科学)

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