FAST幫助人類探知更遙遠的未知宇宙
2023-03-31 21:46:27
北緯25.647222度，東經106.85583度，貴州省平塘縣科都鎮金科村大窩。這不僅是一個地理坐標，也是偉大科學之旅的起點。9月25日，世界上最大的單孔徑射電望遠鏡（FAST），設計、製造和建造而成。中國科學家就職了。
FAST擁有500米口徑，相當於30個足球場的接收面積，也取得了世界上最高的靈敏度和綜合性能。與德國波恩100米望遠鏡相比，它的靈敏度提高了約10倍。美國阿雷西博350米望遠鏡發現引力波，並被列為20世紀十大工程，相比之下，它的綜合性能已有所提高，大約高出10倍。理論上，FAST能接收137億光年之外的、接近宇宙邊緣的電磁信號。
四周的山青翠翠綠，宛如農民建造的炊具。就在中間，是一個大銀鍋，遠處霧蒙蒙的，就像廚房裡捲起的煙。如果我們用它來煮一整鍋飯，全世界70多億人聚在一起三天就足夠了。
記者登上了100多米高的山，俯瞰著那座快速、宏偉、有點神秘的斜拉結構，張揚著一種機械美。還有，十多年前，中國科學院國家天文臺FAST工程首席科學家南仁東站在這裡。那個大窩，興奮地說：這裡太近了。
科學家們在這個大窩裡做什麼來製作這個圓鍋遙遠的宇宙信號就像雷電中的蟬。沒有超靈敏的耳朵就不能分辨它們。南仁東說。對於天文觀測來說，宇宙太大，目標太遠，所以天文學家總是希望建造更大更靈敏的望遠鏡。
FAST完成後，將進入調試和試觀測階段，力求在驗收前優化性能。在不久的將來，FAST的主要科學目標是射電天文學的三個主要熱門課題：探測宇宙中的中性氫，探索宇宙的起源和演化。觀察脈衝星，研究極端狀態下的物質結構和物理定律。迄今已發現大約2500顆脈衝星。如果FAST把所有的工作時間都花在觀測脈衝星上，那麼預計一年內這個數字會翻一番。還可以發現一些史無前例的脈衝星現象，如脈衝星與黑洞配對，這可能導致突破性理論。探索星際分子，探索外星文明，為人類服務。獲得更多關於宇宙的信息。
半個多世紀以來，全世界所有射電望遠鏡所收集的能量都未能翻開一頁。快將極大地加速這一速度，而收集的能量意味著解開宇宙奧秘所需的信息量。
世界上最大的單孔徑望遠鏡的設計壽命為30年。在未來10到20年內，它將仍然是世界一流的設備。它將吸引國內外一流人才和前沿科學研究，成為國際天文學術交流中心。
對於平塘人來說，FAST是他們最熟悉的英語。演講就像在廚房裡談論鍋。然而，這個大鍋卻非同尋常。在過去的五年裡，成千上萬的科學家、工程師和建築師在這個寧靜的山谷裡灑下了他們的智慧和才能。
對於一臺500米的望遠鏡來說，在地下挖一個地基可能要花費數十億美元。這是一個有趣的科學嘗試，在自然的喀斯特坳陷中建造它，並保存底層的植物生態。這是FAST的自主創新技術之一。
儘管是重量級的，FAST可以輕盈地跳舞。一個球形的日冕活動反射器是由4450個反射板組成的，這些反射板放置在坑裡。當接收到無線電信號時，可以形成最大孔徑為300米的瞬時拋物面，這使得望遠鏡接收器像傳統的拋物面天線一樣聚焦。如果將FAST與天眼比較，其眼球直徑為500米，而負責接收光的眼球直徑為300米。這種富有想像力的反射面板設計是FAST公司的第二項自主創新技術。
4450反射板形成球面日冕有源反射器，當接收無線電信號時，球面日冕有源反射器可振動以形成最大孔徑為300米的瞬時拋物面。
即使是探測引力波的美國阿雷西博望遠鏡，也是遙不可及的，因為它是一個固定望遠鏡，通過改變天線饋電的位置，只能在天空中掃描20度左右的波段。峽谷底部，但由索網結構拉起，隨著天體的運動而變化，形成瞬時拋物面，大大提高了觀測效率。
FAST工程索網是世界上跨度最大、精度最高的索網結構。這也是世界上第一個採用位移工作方式的索網系統。它的500MPa超高應力幅值是國家標準的2.5倍，一般包括斜拉橋的拉索強度為200MPa。考慮到快速光纜需要不斷改變伸展角度，設計人員提出了安裝強度500MPa、彎曲次數200萬次的快速光纜，經過工程團隊的不懈努力，達到了這一目標。中國鋼結構協會技術獎。
FAST的接收區域相當於30個足球場，所有信號最終都集中在一個釘子蓋大小的空間中。FAST採用光纜驅動機構和並聯機器人實現接收機的高精度定位，是FAST的第三項自主創新技術。
FAST工程總工匠王啟明介紹說，10米以上的鋼絲繩的誤差不能超過1毫米。生產過程中必須採用恆溫裝置，確保所有材料都在20攝氏度的溫度場中生產。6根電纜拉動饋源艙移動，位置和姿態精度已經降低到48毫米，但仍不能保證望遠鏡指向的精度。看起來像一個飛碟，是一個用來接收來自宇宙的外部信號的設備系統。這不準確。因此，研究人員在飼料艙內安裝了並聯機器人進行二次調節。最終的調整精度為10mm，可以接收從70MHz到3GHz的外部信號。
站在FAST旁邊，記者們仍然無法想像工程是如何完成的。這裡極其特殊的高度、跨度、坡度和坡度，雖然使傳統的機械設備變得毫無用處，卻鼓舞了如此多的中國知識分子。
與普通人的擔心相反，我們並不幹擾環境，但我們害怕幹擾。FAST工程副總經理張樹新說。由於FAST望遠鏡非常敏感，容易受到電磁幹擾，所以為了保證正常工作，它周圍的安靜的無線電環境需要保護。快速測試系統的建立和科學輸出。
幾千年來，人類只在可見光波段觀測宇宙，但實際上天體的輻射覆蓋了整個電磁波段。與用於通信的微波天線類似，射電天文望遠鏡通常由三個主要部分組成：收集電磁波的反射表面，收集信號的接收器和指向裝置。由於無線電波可以穿透存在於宇宙中的大量星際塵埃介質，並且光波不能穿過，所以對無線電信號的觀測可以幫助人類探索更遙遠的未知宇宙。
20世紀60年代，天文學有四個非常重要的發現：脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子。這些發現都與射電望遠鏡有關。根據天文觀測，10位諾貝爾獎得主中有6位來自射電望遠鏡。
