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《焦点访谈》 20160925 倾听宇宙的声音

来源:央视网2016年09月25日 20:06

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央视网消息(焦点访谈):国家九大科技基础设施之一,被誉为中国“天眼”的世界最大单口径射电望远镜今天正式投入使用。FAST是500米口径球面射电望远镜的英文简称。它由中国科学院国家天文台主导建设,位于贵州境内,造在一个叫大窝凼的巨大天坑里,接收面积大约相当于30个足球场那么大。这究竟是一个什么样的望远镜?它的启用有着怎样的科学意义和应用价值?

很多人都觉得望远镜是用来看的,它可以看到遥远的神秘天体。但是这个FAST不是用来看的,而是用来听的,它听到的都是一些电磁波的信号。而这张图片,是FAST听到的来自宇宙的电磁波图片。这段电磁波的声音,我们人耳是听不到的,因为它的频率太低,已经超出了人耳所能听到的范围。这张图片证明FAST各个环节的设备已经投入运行,并且运转正常。FAST是世界上最大的望远镜,口径有500米,从底部到顶部的垂直距离138米,站在山上的支撑塔有173米高。

馈源舱子系统负责人姚蕊介绍:“灵敏度是射电望远镜一个很重要的指标,因为我们的接收面积会比较大,灵敏度会比别的望远镜要高得多。”

《西游记》大家都知道,里面有两个神仙,一个叫千里眼,一个叫顺风耳。在望远镜的家族里,也有这两种分支,一个是以美国哈勃为代表的光学望远镜,它就像千里眼,可以看到距离我们几百万光年的天体。而另一个就是以我国FAST为代表的射电望远镜,它就像顺风耳,能够听到137亿光年之外的电磁波。这个距离接近宇宙的边缘。没谁能比它听得再远的了。可137亿光年有多远?电磁波是什么?这对于普通人来说有些难以理解。

FAST工程首席科学家南仁东说:“你把手机放到月亮上,这里照样清清楚楚听到。”月亮到底有多远,假如还是难以理解,再打一个比方:如果把电磁波比作声音,有人在地球另一端的美国咳嗽了一声,那么FAST就能在贵州的大山里听到。而且这对它来说还是小菜一碟,它能听到比这更远的声音。

在《西游记》里,千里眼和顺风耳各有千秋,不分伯仲。可是在望远镜的家族里,顺风耳比千里眼可厉害得多。南仁东表示:“射电天文诞生,一下子贡献了(天文学)四大发现,类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波。”

而科学界的最高奖——诺贝尔奖,一共有10个颁发给与天文学有关的领域,其中有6个是基于天文观测的,而这6个当中,都是射电天文学所成就的。射电望远镜之所以有这么多的贡献,关键在于它独特的技术。

FAST工程副经理彭勃告诉记者,天体辐射覆盖了整个电磁波谱。地球大气层为人类探索宇宙留下了两个观测窗口,分别是光学天文和射电天文,它们的波长差了约100万倍重量级。

光学望远镜相当于人的肉眼,电磁波相当于调频广播,电磁波的波长长度要比光学波长长了几十万倍到几千万倍不等。南仁东表示:“如果你只是从光学波段去观测、去研究宇宙,肯定是片面的。不同的波长,给我们带来不同的天文信息。”

正因为射电望远镜可以接收不同波长的信号,能够获得更多的信息,所以FAST从诞生之日起就肩负着五大科学目标:巡视中性氢,探索暗物质,探索暗能量,发现脉冲星,寻找地外文明。

FAST的这些听起来遥远的目标,其实有很多作用,例如,它可以推进物理、化学、生命科学等基础科学的进步;为探月、发射卫星或者现代通讯提供技术支持等等。FAST之所以能有这么多的作用,就是因为它能接收来自宇宙的电磁波。

下面我们就用一个装置,来演示FAST是如何接收来自宇宙的信息的。首先我们把这个像小锅一样的装置比作FAST,这些从天而降的兵乓球来比作宇宙的电磁波,当这些兵乓球垂直落在这个小锅的表面时,由于这个小锅的表面是一个抛物面,所以这些兵乓球都会反射到一个点上,把这个焦点上的铃铛撞得叮当乱响。但是宇宙中的电磁波并不只有FAST头顶上的,还有来自各个方位的。如果只接收来自头顶的信息,未免有些太单一。但是FAST这个大耳朵太大,无法像人的耳朵那样想听哪里,就把耳朵对准哪里,怎么办?既然耳朵动不了,那就耳膜动。我国的FAST是世界上唯一一个能够变形的射电望远镜,500米的反射面板中有300米的区域是可以动的,这样就能接收来自不同方向的电磁波。而FAST能动,靠的就是2200根下拉索。FAST的4450块反射面板就像固定在网兜上的镜片,下拉索只要拉网兜线和线之间打结的地方,上面的镜片就会跟着动。FAST一生至少要动几十万次,这对下拉索的质量要求特别高。

南仁东介绍:“我们第一次做实验3万次索断了。所以就开始投入了索工艺的优化,结果最后我们赢了,能挺(下拉)500万次,一种新的索材料诞生了。”

正是因为下拉索研制成功,才让FAST能够接受不同角度的电磁波成为可能。像这样创新的例子,在FAST的建造过程中不胜枚举。FAST一共由馈源舱支撑、主动反射面、控制与测量、接收机与终端、台址与观测基地等六大系统组成,每一个系统里又有很多个子系统,每一个子系统里又有很多个装置。我国的科学工作者用了22年的时间,自主设计、自主研发、自主生产了FAST所用到的一切。

从1994年开始,国家天文台的科学家们联合了中科院遥感所、西安电子科技大学、清华大学等30所科研单位和大专院校投入到了研发FAST的工作当中。2007年立项之后,国家天文台的科学家又带领着30多个单位开始了长达9年的设计和建造。不过,这么复杂的大望远镜可不是说建就建,在建造FAST之前必须把所有装置拼在一起来个实验才行。

彭勃介绍:“(全国)只有这么一个,这是一个1比17的模型,在这里头进行了关键技术试验演示。这个是我们集成了大约20年的预研究成果,它是基本上功能齐全的一个FAST,它能够观测宇宙的信息。”

2006年9月这些装置拼在一起之后,这台小FAST就接收到了很多来自宇宙的信息。它的测试成功,让FAST团队敢于在大洼地里建造一个真正的FAST。

今天,FAST正式投入运行,它将为人来带来很多的惊喜和奇迹。

有外国专家认为:“我想用非常了不起来形容,这太了不起,令人吃惊,全球第一。我见过很多类似的射电望远镜,这的确是最大的。也许在今后,在接收方面中澳双方可以互相学习,在其他领域也是如此,这对我们来说很重要。”

如今,这个系统正式投入运行,FAST最想跟大家说的一句话就是“我想静静”,因为FAST这个顺风耳又大又灵,在离它5公里的地方用电水壶烧水都会影响它。

FAST工程副总工艺师孙才红说,射电望远镜对电子设备产生的辐射,包括手机、所有民用电器的辐射非常敏感,稍微有信号都会感知到。非天体目标原信号将对观测造成干扰,所以必须将干扰滤除掉,才能得到真正科学的信号。

修建FAST是一个国家工程。为了保护FAST,贵州省以立法的形式建立了电波宁静保护区:FAST 5公里核心区,不得有任何电磁设备;10公里以外中间区任何可能产生干扰的设备和建设必须经过电磁技术评估,100瓦的发射设备必须屏蔽。而为了让各国专家和天文爱好者能够近距离的接触FAST,让他们更好地学习和交流,当地政府也在FAST周边也建设了各种与天文相关的场馆。如果未来的某一天,我们通过这个顺风耳能够听到宇宙中的另一个星球上有人对我们说“你好”,那将是多么神奇的一件事。

FAST具有中国独立自主知识产权,它像一只庞大而灵敏的“耳朵”,将捕捉来自遥远星辰最细微的声音,洞察隐藏在宇宙深处的秘密,它将在基础研究的众多领域,例如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方面提供发现和突破的机遇,也将在国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用,并将推动众多高科技领域的发展,提高创新能力。

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来源:央视网

更新时间:2016年09月25日 20:06

视频简介:本期节目主要内容: 今天我国自主设计、自主研发、自主建设的全球最大射电望远镜FAST正式投入运行。FAST具有中国独立自主知识产权,本期节目用通俗的方式解读什么是射电望远镜、我国为什么要建射电望远镜、FAST有何特殊之处等大家关注的问题。 (《焦点访谈》 20160925 倾听宇宙的声音)

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