FAST:观测宇宙的“超级天眼”

作者: 白生

视觉是人类最不可或缺的感觉之一,我们通过眼睛感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静……获得各种重要信息。但是人的视力毕竟有限,如果我想看清楚月球上有什么,该怎么办呢?答案是用望远镜。

1609年,意大利科学家伽利略利用自己制作的天文望远镜成功看到了月球表面高低不平的环形山,成为世界上利用望远镜观测天体的第一人。当然,这才刚开始……

400多年后,代表中国科技高度的FAST(500米口径球面射电望远镜),也是目前世界上最大的射电望远镜在我国贵州研制成功,并正式投入使用。它拥有前所未有的观测精度,甚至可以接收到来自宇宙边缘的信号。中国科学家将FAST的首批观测目标锁定在直径10万光年的银河系边缘,它将为我们揭示宇宙中许多未知的秘密,这无疑会在世界天文史上留下重要的一笔。

巨型“铝锅”,家住山洼

FAST其实是Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope(500米口径球面射电望远镜)的英文缩写,有趣的是,这个缩写“FAST”正好是英文中“快”的意思。

FAST的球面反射面直径500米,周长约1570米。整个反射面的面积约为25万平方米,大约相当于30个标准足球场的大小。远远看去,FAST就像一口巨大无比的锅子,如果把这口锅装满水,那么全球73亿人每人都能分到近两升!

FAST反射面板使用的材料是铝。之所以使用这种金属材料,一是因为铝比较轻,对于身形如此庞大的射电望远镜来说,质量轻一些显然更容易建造;二是因为铝在表面形成一层氧化膜而钝化后,不容易被腐蚀,这无疑大大增加了射电望远镜的寿命。

好大一口锅

这么大一口“铝锅”当然不能放在人口密集的城市,所以科学家为FAST选了一个青山环绕的“家”——贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼(dànɡ)洼地——位于北纬25.65度,东经106.86度。这个圆形的洼地直径约800米,东南侧的山头最高,海拔为1201米,洼地最低点海拔为841米。

青山环绕的大窝凼

FAST之所以最终落户大窝凼,除了因为这里人烟稀少,更重要的原因是大射电望远镜的修建需要一个“大坑”。这样一方面有利于屏蔽外界的无线电干扰,另一方面也能大大减小施工的工程量,降低工程造价。

另外,大窝凼洼地是岩溶洼地,有利于排水。不过为了保证FAST所处的洼地不会有任何积水,科学家还专门设计了一套排水系统,开挖了长1000多米的排水隧洞,好把水引到东边一处更低的洼地。另外,岩溶洼地的周围都是坚固的岩石,也可以最大限度地支撑起FAST的各种配套设施建设。

世界最大,本领高强

宇宙天体不但会发出我们肉眼可见的光,还会发出我们看不见的不同波长的电磁波,其中就包括无线电波。射电望远镜就是观测宇宙天体发出的无线电波的设备。作为世界上最大的射电望远镜,FAST的本领自然不容小视。

射电望远镜最重要的指标参数就是灵敏度。灵敏度越高,望远镜探测微弱无线电的能力就越强。而要想提高灵敏度,就需要扩大射电望远镜的口径。FAST的口径达到了世界之最——500米。理论上说,FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于目前已知宇宙的边缘。

根据FAST的工作原理,当它观测天体时,会随着天体的方位变化,在其直径500米的球冠状主动反射面上实时形成一个直径300米的瞬时抛物面,并通过这个直径300米的抛物面来汇聚电磁波。形象地说,如果把FAST比作一只巨大的眼睛,那么这只巨眼的眼球直径就有500米,而负责接收光线的眼珠直径就有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空的。这也让FAST的观测精度和观测范围达到了世界顶尖水平。

FAST已经具备冲出银河系,寻找人类未发现的新星的能力,特别是快速旋转、密度极高的脉冲星。据科学家推测,FAST有望在第一年就找到50~80颗银河系外的脉冲星。更值得一提的是,FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹,掌握星系之间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化。类似的道理,FAST还有可能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,搜索星际通信信号和外星生命。寻找外星生命是所有望远镜的使命之一,也是科幻爱好者们关注的热点。

探索宇宙,志在深空,巨大而灵巧的FAST已经蓄势待发,奇迹与惊喜就在眼前。

(插画绘制/涂图图)