作者:邢宇皓 来源:光明日报 发布时间:2012-10-30 10:35:37
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探秘亚洲最大射电望远镜:可观测百亿光年外天体

亚洲第一的上海65米射电望远镜。 新华社记者 张建松摄

这个口径65米,重达2700吨的庞然大物,其相当于8个标准篮球场的主反射面精度误差却不超过0.3毫米,并能在1分钟内完成不同观测波段的转换——
 
10月28日,由中国电子科技集团公司研制的直径65米射电望远镜在上海天文台启用。作为我国目前口径最大、波段最全的一台全方位可动的高性能射电望远镜,其总体性能仅次于美国的110米射电望远镜、德国的100米射电望远镜和意大利的64米射电望远镜,为亚洲最大、世界第四。
 
尽管这台望远镜刚刚投入使用,但早在建设阶段,就已经引起世界天文学界的关注。中国科学院院士、著名天文学家叶叔华对它的启用更是寄予厚望:“这台望远镜将在射电天文、天文地球动力学和空间科学等多种学科中成为我国乃至世界上一台主干观测设备,并做出一流的科学成果。”
 
射电天文学及射电望远镜发轫于上世纪三十年代,并在二战后得到快速发展。自1931年,美国贝尔实验室的科学家用天线阵接收到了来自银河系中心的无线电波后,通过接收天体的射电波来测定遥远天体构成的射电望远镜开始受到关注。今天已经被大家所熟知的脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子等的发现,均与射电望远镜的进步有关。“建设大型射电望远镜系统涉及多个技术领域,被公认是一个国家科技实力的真实体现。”中国电科集团党组书记樊友山表示,“这台65米射电望远镜的落成,标志着我国天文科学领域又一重要的科学工程即将投入使用,其社会效益和经济效益将十分重大。”
 
这台射电望远镜到底有什么“特异”之处?通过一组数字或可初见端倪。
 
数字之一:65米与100亿光年
 
灵敏度和分辨率是衡量望远镜性能的两个重要指标。加大天线直径、增大天线接收面积,是提高射电望远镜灵敏度和分辨率的重要手段之一。此次落户上海天文台的射电望远镜,由于拥有超大直径,从距离上看,将能观测到100亿光年以外的天体,这将有助于人类解答诸如宇宙大爆炸后的恒星和星系起源、宇宙中的暗物质如何发挥作用等有关宇宙的深层次问题,并显著提升我国天文观测研究的整体实力和国际地位。
 
不仅如此,“这台射电望远镜在航天工程的应用中,可以作出更大贡献。”国家探月与航天工程中心总设计师吴伟仁说,这台望远镜将直接应用于我国正在进行的探月工程三期定轨和定位任务,未来将开展的火星探测以及各项深空探测任务,它的建成将进一步提升我国深空测定轨能力,满足国家重大战略需求。
 
数字之二:3318平方米与0.1毫米
 
这台直径65米的射电望远镜,架设高度70米,有近30层楼那么高,重量达2700吨,气势恢宏、十分壮观。其天线面积有3318平方米,相当于8个篮球场大小。而天线主反射面由14圈共1008块高精度实面板铺成。专家表示,“每一块面板,大约与一块双人床的面积相仿。这样一块一块拼装成这个庞然大物,而且还要超级精密——天线面精度的变形误差不超过0.3毫米,也就是我们平时使用的一张信用卡的厚度。”
 
“在工作时,受天线俯仰角度、温度、风等因素的影响,望远镜不可避免会产生变形。65米射电望远镜就好像一把手电筒,如果这个手电筒发生轻微的偏转,那么远方的目标就会发生很大距离的偏差,影响天线系统接收效率,特别是高频段的效率。为了保证它的精度,主反射面的安装采用了最先进的主动反射面技术,在面板与天线背架结构的连接处都安装了精密调节机构,称为促动器,共计有1104个。”相关研制人员介绍说,“为了保证高精度指向,直径42米的方位轨道采用了无缝焊接技术,焊接精度为0.1毫米,也就是一根头发丝的直径!”
 
“整个65米射电望远镜项目从设计到建成仅用了不到4年的时间。”项目总指挥涂天杰介绍说,“所有核心技术完全是中国电科54所自主研发,而其关键技术就有一百多项,技术指标均达到了国际一流水平。”
 
数字之三:8频段与1分钟
 
“接收机把从天线传来的无线电波转变成能用仪器记录的信号或对无线电波进行拍照。”研究人员介绍说,“这台65米射电望远镜的工作波长从最长20厘米到最短7毫米,共有8个频段。一个篮球场大小的天线接收到的全部无线电波都被收集到一个花瓶大小的关键装置中,这就是天线的心脏。”这对“心脏”的高精度要求显而易见,同时,也正是由于其工作波段多、工作频率高、接收频带宽,那些宇宙深处的奥秘才有可能得以窥见。
 
就像照相机拍摄不同距离的物体需要调整焦距一样,观测太空中的不同目标也需要运用不同波段。这台65米射电望远镜能够通过副反射面偏转或由一个结构复杂的机械转盘转换馈源来实现快速更换观测波段,更换时间能够小于1分钟。这样能大大提高捕捉太空信号的效率和准确度。
 
“这台65米射电望远镜将在射电天文、天文地球动力学和空间科学等多种学科中成为我国乃至世界上一台主干观测设备,做出一流的科学成果。”它的总设计师、中国电科集团的杜彪信心十足。据测算,如将该射电望远镜加入与其他相关射电望远镜的联网使用,“该望远镜作为一个单元参加中国VLBI网,灵敏度将提高42%;参加欧洲VLBI网,将使其灵敏度提高15%到35%。”
 
“当今世界日新月异,深空探测和太空开发利用方兴未艾,太空领域的竞争或将决定一个国家的未来。”樊友山表示,未来,中国电科还将在国内陆续建设新疆110米天线、贵州500米天线,积极参与国际天文科学领域平方公里阵(SKA)的研制建设。
 
 
 
 
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