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    標題 中國天眼 6 年了！獨一無二的望遠鏡 都有哪些成就？
    分類 熱點事件
    內容

    2016年9月25日，被稱為‘五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)’的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)建成并投入運行。

    截至今年7月，五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)已經發現了660多顆新脈沖星。

    今天是‘五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)’建成六周年。讓我們跟隨FAST總工程師姜鵬，了解一下FAST的建造初衷，FAST目前已經取得了哪些科研成果，FAST接下來可能會給我們帶來什么。

    什么是快速觀察？

    FAST是一臺射電望遠鏡，將在無線電波段觀測太空。

    無線電波段的發現源于一個非常偶然的事件。對于射電天文學的研究，我們有四個非常重要的新發現，即脈沖星、星際分子、微波背景輻射和類星體。

    其中對脈沖星的觀測獲得了兩次諾貝爾獎，包括中子星和引力波的發現。

    6330732c6227681f61000003_10242619.jpg FAST誕生的‘動力’是什么？

    要獲得越來越詳細的天文數據，就需要一臺接受面積更大的望遠鏡，光學望遠鏡如此，射電望遠鏡也是如此。

    更大的接收面積意味著會有更強的探測暗弱信號的能力，可以擴大觀測樣本的數量，增加發現奇異天象的概率，同時看到更遠的天象。

    一般來說，越遙遠的天象代表越早的天象。比如我們八分鐘前看到太陽的時候，看到銀河系邊緣可能是十幾二十萬年前，看到鄰近星系M31的時候是幾萬年前，所以我們看到的類星體可能是100多億年前。

    那么如果我們想看到一個更早的宇宙現象呢？這只能從更遠的方向來看。

    因此，更大的望遠鏡對我們追溯宇宙歷史非常有幫助，建造更大的望遠鏡是科學家們永無止境的追求。過去是，現在是，將來也是。

    建造FAST的驅動力是能夠看得更遠，回到更遙遠的宇宙歷史。

    FAST有什么特點？

    作為球面望遠鏡，FAST不同于傳統望遠鏡。

    傳統望遠鏡使用拋物面，接收器可以放在拋物面的焦點上采集信號。

    那么球面和拋物面有什么區別呢？他們會有多遠？這是很多人想都沒想過的問題。

    20世紀90年代，中國天文學家南和他的同事計算出一個300米的拋物面只偏離球面0.47米，大約是1.5 ，只要選擇一個合適的交比。很多人都很驚訝。

    正是這0.47米的偏差，成為了FAST的基石。

    6330732c6227681f61000004_10242619.jpg有了這個概念，你可以先建立一個參考球面。稍微改變一下反射面的形狀(0.47m)，就可以在這個球面上形成一個300m的拋物面。

    當我們在觀測不同的天空區域時，只需要在不同的位置形成拋物面，剩下的問題就是如何以正確的姿態將接收器放在相交位置。

    雖然概念簡單，但是花了大概十年的時間才完善。這個拋物面是怎么變形的？變形用什么載體？接收器以什么方式控制到路口？這是我們一直在探索的。

    FAST的最終系統是這樣的：

    近萬根鋼索組成的索網掛在直徑500米的環梁上。這個索網有2000多個主索點，每個主索節點都配有控制索，控制索固定在地面的執行機構上。

    科學家可以通過控制致動器來改變這種反射面的形狀，用6個套索驅動在其局部形成300米的拋物面，控制一個30噸重的饋源艙，在艙內安裝一個接收器來控制它到相交位置。

    同時設置20臺全站儀測量反射面的形狀和接收面的位置和姿態，保證了接收面的姿態控制。

    最后形成了FAST，一個極其復雜的望遠鏡系統。

    多大才算快？

    我們都知道FAST的直徑是500m，那么到底有多大呢？對于沒有親眼見過FAST的人來說，如何量化500m口徑’這個概念？

    一個同事提出了這樣的說法：我們把FAST想成一個鍋。這個壺里裝滿了水。世界上有70億人，每個人可以從這個壺里得到4瓶礦泉水。

    6330732c6227681f61000005_10242619.jpg FAST的建設有哪些難點？

    量變積累到一定程度，就會導致質變，帶來很大的工程難度。FAST的有線網絡建設是一個難點。

    用來支撐球面的索網是一種變形的載體，就像氣球一樣，需要當作橡皮筋或者彈簧來使用。

    對于橡皮筋來說，可以翻倍，甚至翻倍，但是鋼絲繩的極限變形只有3 -4 ，非常小。

    6330732c6227681f61000006_10242619.jpg FAST的拋物面一部分在球面下面，一部分在球面上面，就是說連接拋物面的索網要往下拉，往上松。

    而電纜的彈性變形只有3 -4 ，拉下來不會斷，拉起來也不會假拉。我們需要在4 的變形范圍內充分實現‘拉下’和‘松上’兩個功能，而且要恰到好處，兩邊留的余地很小。

    6330732c6227681f61000007_10242619.jpg不僅如此，鋼索的加工精度也很重要。假設每個指標都是一毫米長，最后電纜也松不了。

    另外，溫度的變化也會吃掉一部分彈性變形，所以整個索結構的加工精度要求極高，留下的余地很小。整個設計就像走在獨木橋上，稍微偏離一點這個項目就會失敗。

    6330732c6227681f61000008_10242619.jpg除此之外，為了保證不受其他無線電信號的干擾，FAST地處貴州偏遠山區，很多大型設備無法進入現場，所以大量的施工作業都是由人手工完成。還有170多米高的塔，38米深的人工挖孔樁，近萬根鋼索散落在空中。

    這是一項大型工程，只有凝聚我國勞動人民的智慧和巧妙的施工方法才能完成。

    010-6330732c6227681f61000009_10242619.jpg 6330732c6227681f6100000a_10242619.jpgFAST調試FAST有哪些難點？

    FAST的這個系統不同于傳統的望遠鏡。傳統望遠鏡的拋物面在交點處與接收器自然匹配，任何方向都自然匹配。

    但對于FAST來說，它的反射面是一個500米跨度的索網，一個由近萬根鋼索編織而成的復雜索網系統，上面是600米跨度的索驅動結構，外面是30多噸的饋源艙。

    這兩個系統是完全獨立的，兩個系統都是柔性控制系統，需要達到千米量級的毫米級定位精度。

    這是我們傳統的工業體育場從來沒有遇到過的。對于傳統的工程精度來說，500米到1米的差別不會有任何視覺上的影響，也不會對安全有任何影響。但對于FAST來說，幾毫米的誤差就會降低天線效率。

    另外，FAST在貴州野外多雨多霧的環境下工作，所有測量控制都要具備全天候實施的能力，這意味著大量的光學測量實驗無法全天候使用，一切都要重新考慮。

    為了保證FAST的全天候運行能力，我們最終采用了衛星定位測量系統、慣性導航系統和激光全站儀的融合測量技術。

    雖然激光全站儀在雨霧天幾乎無法工作，但衛星導航和慣性導航仍能保證FAST的全天候作業能力。

    6330732c6227681f6100000b_10242620.jpg一方面，該系統結合了不同的測量方法，實現優勢互補；另一方面也提高了精度，更重要的是提高了FAST的耐候性。

    后續我們還用微波測距儀代替了激光全站儀。另外，我們經?！箳臁褂肎PS，把參考站當成天上的衛星，反過來照射饋源艙，從而達到全天候高精度的目的。

    FAST有哪些成就？

    從1937年到現在，射電望遠鏡已經發展了近90年，我們的‘五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)’在宇宙望遠鏡發展史上留下了濃墨重彩的一筆。我們第一次到達制高點，而且不僅僅是領先一點點，在精度上至少領先2.5到3倍。

    FAST的靈敏度，全天候的運行能力，每年6000小時以上的觀測時長，都是我們一開始無法想象的。

    FAST不僅是一臺性能優異的射電望遠鏡，還是一臺非常有用的射電望遠鏡。

    截至今天，科學家通過FAST發現的脈沖星數量已經超過660顆，是同期全球所有射電望遠鏡發現的脈沖星總數的5倍多。

    同時，在FAST兩年的運行過程中，也幫助科學家取得了一些重要的科學成果，包括《自然》年發表的5篇論文和《科學》年發表的1篇論文，其中部分被《自然》評選為2021年十大突破和發現。

    此外，2021年中國科學院院士評選的十大科學進展也包括FAST的成果。

    6330732c6227681f6100000c_10242620.jpg在這些科學成就中，比較有趣的是快速射電爆發，這是2007年才發現的一種新的天文現象。

    快速射電爆發是一種在千分之幾秒內發出幾天甚至一整年的太陽能量的現象。

    科學家們對FAST射電爆發的來源感到好奇，但直到擁有超級靈敏度的FAST清楚地探測到電磁波3354的偏轉角變化后，才清楚地探測到，這意味著磁層結構在這類天體中起著非常重要的作用，基本上預測它來自遙遠的磁星。

    FAST不僅可以用于科學研究，還可以用于實際應用。

    比如FAST與主動雷達結合，將有可能在千公里軌道上看到毫米級，也就是在地球同步軌道上觀測50毫米以內的物體。

    要知道現在的航天發射任務都依賴于碎片的通量模型，要避開碎片，找到合理的發射窗口。

    但是之前的通量模型都是國外的模型，而有了FAST，我們完全可以建立一個獨立可控的通量模型。

    此外，FAST還可以幫助我們對近地天體進行預警。

    比如2019年，一顆小行星經過我們的距離是地月距離的六分之一。人類之所以沒有探測到，是因為它來自太陽的方向。強烈的陽光使我們無法用光學望遠鏡清楚地觀察這顆小行星。

    但如果在無線電波段觀測，可能會更早被探測到，因此未來將是近地天體防御的重要戰略支撐。

    未來FAST會帶給我們無數的想象，比如給FAST加個發射架，做更多有趣的事情。讓我們期待‘五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)’帶給我們更多新奇的東西。

    最后，讓我們向五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)的建設者們致敬！

         中國天眼 6 年了！獨一無二的望遠鏡 都有哪些成就？光明磊神乎其神天外五光十色有天落49. 愛是什么？不同的人不同的事物不同的角度有不同的答案。孩子說，愛是媽媽的懷抱，踏實，溫暖；青年人說，愛是激情燃燒的歲月；老年人說，愛是執子之手，白頭偕老的相伴；風說，愛是微風拂過的新綠；雨說，愛是潤物無聲的節拍；云說，愛是藍天的自在包容；草說，愛是對大地三春暉的報答；時間說，愛是世間美好事物的永恒；我說，愛是生活永遠的主題歌！我們中的有些人總是理所當然地認為，父母或者祖父母應該照顧我們。392.橫眉冷對千夫指，俯首甘為孺子牛?！蹲猿啊?nbsp;   晚云收，淡天一片琉璃。爛銀盤、來從海底，皓色千里澄輝?，摕o塵、素娥淡佇,靜可數、丹桂參差。玉露初零,金風未澶，一年無似此佳時。露坐久、疏螢時度，烏鵲正南飛?，幣_玲，闌干憑暖，欲下遲遲。十二樓中盡曉妝，望仙樓上望君王。射電望遠鏡,天眼,衛星,快速射電暴,gpsIn any event, the advertisement provides no justification for the mutually exclusive choice that it imposes on the writer.
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