入圍《自然》年度預測榜單，中國“天眼”為何這麽牛？

出品：中國科普博覽

作者：FAST項目團隊 中國科普博覽

《自然》網站在近日的報導中，梳理了2019年科學領域值得期待的大事件，其中中國"天眼"入選預測榜單。

世界上最大的射電望遠鏡，位於中國貴州的500米口徑球面射電望遠鏡"天眼"將在2019年9月全面運作並供研究人員使用。自2016年調試階段開始以來，這台價值12億元人民幣的超大型望遠鏡發現了50多顆新的脈衝星。"睜大眼睛"的"天眼"將尋找快速射電暴和宇宙氣體雲等現象產生的微弱信號。

作為中國獨立自主知識產權的500米口徑球面射電望遠鏡，中國"天眼"為什麽這麽牛？。那麽它的工作原理是怎樣的呢？來聽FAST團隊自己的說法。

它是一口"大鍋"，躺在中國貴州省一個形成於4500萬年前的巨型天坑中，它有著"世界之最"的500米口徑，能接收到來自137億光年以外的電子信號，這個距離接近於宇宙的邊緣；它有著極高的靈敏度，與號稱"地面最大機器"的德國波恩100米望遠鏡相比,它的靈敏度提高約10倍；它有著"毫米精度"， 500米的結構處處都是頭髮絲般毫米級的精度要求，能把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間裡；它將在未來的20至30年內，一直保持著世界一流設備的地位，成為世界望遠鏡中的領頭者；它凝聚著廣大中國科學家的智慧，鏈接著廣袤無垠的宇宙；它就是在25號剛剛落成的，具有中國獨立自主知識產權的500米口徑球面射電望遠鏡FAST（Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope）。

現實中的紅岸基地 探測宇宙資訊，巨型拋物面，大型國家裝置，坐落於無人問津的深山…。聽到這些，看過《三體》的小夥伴們，你們想到了什麽？"不要回答!不要回答！不要回答！"我知道你們想的什麽，但這不是紅岸基地，而是500米口徑球面射電望遠鏡FAST。 FAST被建造在貴州省平塘縣克度鎮金科村大窩氹的一個形成於4500萬年前的巨型天坑中，這是科學家們經過15年的考察勘探得出的結果。地貌接近於FAST的造型，工程開挖量小；人跡罕至，電磁干擾少；喀斯特地質，保障雨水向地下滲透時不會腐蝕望遠鏡，就是這些建設的理想條件最終促成了FAST落址於此。

《三體》中的紅岸基地是一個用來尋找地外高智慧文明的神秘基地，而這正是FAST被期待能實現的價值之一。射電望遠鏡可以接收來自太空中的無線電信號，其接收的信號源包括肉眼可以看見的星星，或者是外太空的人造衛星，這些天體會發射出不同波長的無線電信號。對於射電望遠鏡而言，靈敏度越高，望遠鏡探測微弱無線電的能力就越強，而靈敏度的提高需要口徑的增加。擁有500米口徑的FAST，其在理論上能接收到來自137 億光年以外的電磁信號，這個距離接近於目前可視宇宙的邊緣。FAST就如同一隻宇宙天眼，探察著宇宙中所深藏的那一個個秘密，基於其強大的功能，如果銀河系(直徑約為15萬光年)內真的存在外星人，那麽他們的資訊就很可能會被FAST捕捉到。那麽這隻"巨眼"它是如何觀察外太空的呢？FAST是怎樣"仰望天空"的 要想監聽到來自宇宙的資訊，就一定要實現對不同方向的監測；除此之外還需要把資訊匯聚到一個點。但是如你現在所見，FAST只是一個不聚焦的圓面。這個圓面怎麽動起來，怎麽變成能聚焦的拋物面？這是FAST的重大技術成就。

整個望遠鏡鏡面是由很多塊小面板拚成的，這4600多塊小反射面，通過2225個連接節點連接，都能在一定的範圍內調整位置，這樣當我們想看一個某方向的目標時，讓正對著這個目標的一定範圍（300m）內的小面板通過下方促動器一起調整位置，把這300m的鏡面變成拋物面便可以精妙地實現。

反射面聚焦後，FAST的設計目標，是把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間裡，在如此巨大的鏡面，對精細度有如此要求，困難可想而知。 由於FAST巨大的空間跨度，接收機和反射面之間難以建立高精度剛性連接，但工作時接收機在200米活動範圍內定位誤差不能超過3mm，這就好比在一面照片牆上準確地調整一個像素點，為了實現接收機的高精度指向跟蹤，科學家們創造性地提出了光機電一體化的輕型索驅動饋源支撐和並聯機器人設計。

通過控制6根鋼索，帶動重約30噸的饋源艙在直徑為207米的球冠面上運動，這是一級控制。二級控制是在饋源倉底部，由AB軸控制，實現望遠鏡接收機的高精度定位。偉大的技術進步 FAST全新的設計思路，突破工程極限的龐大口徑，是人類在射電望遠鏡建造領域的一次劃時代的突破。其設計綜合體現了我國高技術創新能力。它將在基礎研究眾多領域，例如宇宙大尺度物理學、物質深層次結構和規律等方向提供發現和突破的機遇，也將在日地環境研究、國防建設和國家安全等方面發揮不可替代的作用。利用FAST，人類可以觀測脈衝星、中性氫、黑洞……這些宇宙形成時期的資訊，甚至有更大機會捕捉外星生命的信號。神秘而深邃的宇宙，將因為FAST的誕生向人類打開一扇扇新的大門。

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