耗资11.5亿的中国天眼,每天运行需花费近40万,它都发现了什么?

一座直径500米,世界上最大的射电望远镜正静静地“倾听”着宇宙深处的声音。

它被称为“FAST”,是世界上最大的单口径射电望远镜,也被誉为中国的“天眼”。

这台超级望远镜选择落户中国西南部的贵州喀斯特高原,凭借着得天独厚的自然环境,它的表现更是“神乎其神”。

然而,在这么一个冷门的地方砸下11.5亿巨资,每天还需要近40万运行费用,你是否觉得有点“奢侈”?

如果用一句话概括FAST的超能力,那一定是——千里眼,顺风耳。

为什么这么说呢?因为FAST最大的优势,就是它的“灵敏度”!这个指标直接决定了它“听力”的好坏,就像我们人类也分好耳朵和坏耳朵。

目前,FAST的灵敏度已经达到了惊人的2.4倍秒瓦每平方米,是世界第二大射电望远镜阿雷西博射电望远镜的3倍!后者口径虽然也有305米,但FAST的单口径设计使其集光效率大大提高。

用通俗的语言来说,这就意味着,FAST能接收到无比微弱的电磁波信号,就像它真的长了一双“灵耳”。

这也为它将来“偷听”宇宙中各种奇闻异事提供了有力保障。

比如说,利用FAST灵敏的“大耳朵”,科学家可以探测到人类肉眼无法看见的远方星系,聆听那些跨亿光年的微小讯号。

就像地球上最古老的无线电信号——1933年播出的希特勒演讲,现在已经以极其微弱的形式,飞逝出数十光年远的太空。

也许几十亿年后,在别的星球上,也会有“FAST”接收到这神秘的“外星语音”!

但是别忘了,FAST可不是只有一双“灵耳”,作为一台望远镜,它更重要的标配是“千里眼”,这就是FAST的口径——500米,世界第一!

什么意思?用一个生动形象的比喻,假如一只眼睛足够大,你也可以从地球上辨认出月亮表面一个直径1米大小的球体。

这就是FAST“千里眼”的力量,拥有500米超大口径,它的视野范围之广,解析度之高,已经完全超越了人类的想象。

要知道,FAST之所以能够称雄射电望远镜界,自然少不了它那口“大锅”。

这口巨大的“锅”由上千根钢索组成,整个网罩覆盖在500米球面上,正是靠着这个复杂精密的索网系统,FAST才能精确调控反射面形状,并保证观测信号的高灵敏度。

这个“锅”其实还蕴含着许多中国科学家的心血和辛勤付出,项目开始之初,他们就面临巨大的技术挑战——世界上根本没有现成方案可复制。

为此,南仁东带领团队历尽千辛万苦,亲手攻克了一个又一个看似“不可能”的难题。

这就像在无法揣测的情况下,单凭想象力绘制一幅精美画作,所面临的困难可想而知。

比如FAST的索网系统,它的要求极为复杂和严苛:既需要承受巨大拉力,又需要高度敏感和精确;既要抵御风雨侵蚀,又要适应野外环境……对此,南仁东带头从零开始,进行理论研究,连续设计实验模型,反复测试优化。

在连续失败几百次后,团队终于研制出一整套独特的索网抛物面系统,获得多项核心专利。

这标志着我国在该领域实现从追随到领先的重大突破!

除了索网结构,FAST的另一大技术亮点,是它的控制系统,这是保证望远镜高效、精确工作的“大脑”。

为实现对500米超大口径球面的精确控制,南仁东团队运用多学科交叉的设计思维,独创性地使用了多种前沿技术,形成了一整套复杂的控制网络。

比如,他们开发专门的测量仪器,来实时监控球面形状变化;设计六自由度并联机械手,来调整每个索网节点;部署了数以千计的传感器,收集环境数据……所有这一切,都汇聚到一个巨大的信息处理平台,就像FAST大脑的中枢神经。

在这个“大脑”的精确指挥下,FAST的球面反射面能够在极端环境下保持高度稳定,这为FAST抓捕那些稍纵即逝的电磁信号,提供了坚实保障。

而要让FAST的“顶级装备”发挥最大效能,还离不开最后一样武器——一个绝佳的站点选址。

这就像一名出色的作战手需要丰富的战场经验作为后盾。

为此,项目团队历时11年,在贵州大山深处选定了一处巨大的壑洼作为FAST的最终驻扎点。

这个天然形成的“大窝凼”,占地30多个标准足球场,深达200多米,形成一个巨大的天然坑洞。

在这个类似月球表面地形的山谷中,中国天眼得以长期稳定服务。

事实上,对于射电望远镜这类高精密设备来说,选址之重要,绝不亚于一名论剑高手对武馆环境的苛刻。

这就好比一个精致的音响系统,如果长期置于嘈杂环境中,那么它最好的音质也很难发挥出来。

对此,南仁东十分清楚,他意识到500米口径的巨型射电望远镜对站点周围环境有极其严格要求,只有零噪声、零干扰的山谷,才能达到最佳的观测效果。

为了寻觅这样一个近乎“完美”站点,南仁东带队深入贵州上百个山谷进行实地勘察,这项艰巨工作用去了11个年头。

期间,他们穿越崎岖山路,徒步攀登高峰,面对毒虫野兽等一系列严酷考验,才终于锁定了平塘县大窝凼。

这个巨大的天然山洞,具备南仁东梦寐以求的所有条件:既隐蔽安静,又地表平整开阔,站内环境足以容纳500米巨口;同时,周边生态完好,植被茂密茂盛,可有效屏蔽电磁噪声。

这么一分析,FAST的数据的确是挺中看的,但问题是它究竟中不中用呢?

FAST上场后第一场“大战”,就是对宇宙中最强“电磁脉冲”的测绘——脉冲星。

作为中子星演化的产物,脉冲星拥有极高密度,能在短短几毫秒内释放出极大的能量,就像一个个迷你黑洞。

为此,FAST使劲浑身解数,对着宇宙深处这些“潜伏”的能量体进行搜寻,最终成功发现了509颗脉冲星,成绩斐然。

那么FAST是如何完成这种高难度的“捕捉”行动的呢?这就得益于它的另一项独门绝技。

FAST的设计极其灵活,它能够在极短时间内对准目标天体开展观测,就像一个机敏的猎手,动作迅速,反应灵活。

正因如此,FAST才能锁定那些一闪而过的脉冲星信号。

这些信号发出后仅持续几毫秒,对一般望远镜的追踪系统来说过于短暂,很容易因反应不及而丢失对象;而500米口径的FAST,却能一击必中,成功检波到这种极短极强的电磁脉冲。

这一次高难度“捕捉”行动的胜利,让FAST在国际学术界声名鹊起。

那么下一个挑战目标是什么?这次FAST将的对象改成了神秘的快速射电暴(FRB)!作为一种未知信号源,FRB一直是天文学家手头的一块“硬骨头”,但这并没能难倒我天眼。

它已经成功定位、探测到1例FRB持续活跃的重复信号——FRB 20190520B,通过数据分析显示,这种暴发信号来自一个距离地球30亿光年的星系,这是人类第一次探测到FRB的确切位置!

中国天眼历时11.5亿巨资打造,每天运营还要花费近40万的费用,作为纳税人和贡献者,你是否好奇这有些“高大上”的科研项目究竟值不值?

其实,中国科学院早就明白天文对人类文明进步的重要性,所以他们给出了这样的定位:中国天眼,是Open Astronomy的缩影。

什么意思呢?简单说,就是中国天眼不仅为中国人服务,也为全人类的天文事业贡献一份力量!

2021年3月31日,这台500米“巨无霸”正式宣布,对全世界科学家开放合作!

没错!这意味着其他国家的天文学家,都可以利用中国天眼的强大能力一起观测宇宙!

果然,开放消息一经宣布,短短一个月内就收到了170份的申请,这充分说明了国际科学界对于中国天眼的青睐程度。

曾记得有位先哲说过,夜空中最亮的星星,永远指引着人类文明的发展。

如今,500米的中国天眼已经在世界射电望远镜的星空中闪耀出璀璨的光芒,在它“开眼”不到一年的时间里,就揭示了众多宇宙奥秘,证明了自己的强大实力。

可以预见,未来它一定会在人类夜空中长明,像一盏灯火,引领我们深入太空,揭开辽阔宇宙中更多迷人的奥秘。

在这个过程中,我们绝不会忘记为天眼付出青春和汗水的前辈们。

正是有他们开拓性的努力奠定基础,今天的我们才能站上巨人的肩膀,迈向宇宙深处,探索未知世界。

在人类对外太空的征服中,中国天眼必将扮演关键角色。

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页面更新:2024-02-11

标签:天眼   中国   射电望远镜   球面   脉冲   口径   宇宙   信号   人类   环境

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