全球最大单口径射电望远镜主体工程完工 在这里仰望星辰

　　7月3日，位于贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（FAST）完成最后一块反射面单元的吊装，这标志着自2008年奠基以来，历时8年，“天眼”终于解开了它神秘的面纱。

　　4450块反射面板安装完毕

　　7月3日，在FAST工程大窝凼台址现场，随着FAST工程总经理、国家天文台台长严俊的一声令下，最后一块反射面单元随着隆隆的鞭炮声缓缓起吊，在完成了二次空中转接并用缆索吊下滑到指定位置后，被顺利安装在索网上。

　　历时11个月的主体工程正式完工。这个有30个足球场大的巨大“天眼”，将在9月全部建成并初步投入使用。在它的诸多功能中，最受关注的是，它超强的灵敏度能将人类搜寻外星文明的能力提升到前所未有的水平。

　　口径越大看得越远

　　对于射电望远镜来说，口径越大“看”得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的“锅盖”，以提高射电望远镜灵敏度。

　　中国科学院国家天文台研究员、500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说，射电望远镜在设计建造之初就曾遇到经费紧张，但不管减什么科学家们都不愿缩小望远镜的口径。

　　“宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的‘耳朵’，根本就分辨不出来。”中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程首席科学家、总工程师南仁东说。

　　此前，世界上最灵敏的射电望远镜，分别是德国波恩100米望远镜和美国阿雷西博300米望远镜。

　　1993年国际无线电联大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议，渴望在电波环境彻底毁坏前，回溯原初宇宙，解答天文学中的众多难题。

　　1995年底，北京天文台联合国内20余所大学和研究所，成立了射电“大望远镜”中国推进委员会，提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面，即“阿雷西博型天线阵”的喀斯特工程概念。

　　此后，中国科学家们进一步推进喀斯特概念，提出独立研制一台新型的喀斯特单元，即500米口径球面射电望远镜。

　　为了给新一代射电“大望远镜”安家，科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。彭勃回忆说，当时天文台委托两家院所进行独立搜寻，从300多个候选洼坑中遴选。

　　可以精确聚集宇宙中的信号

　　无论是置身大射电望远镜边上，爬上附近山顶的观景台，还是通过虚拟现实视频，你都能直观感受它的第一特点——大。科学家们形容它是一座“观天巨眼”。

　　中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说，仅圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔就用掉1万多吨钢材。

　　但大射电望远镜绝不是金属堆砌的“傻大粗”，它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台，加之馈源舱内的并联机器人二次调整，它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下，可实现毫米级指向跟踪，确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。

　　大射电望远镜的建造工艺也是精益求精。王启明说，由于严苛要求，这个大科学工程推动了多领域装备制造能力的提升：主动反射面的索网具备高弹性、抗拉伸、抗疲劳特征，其500兆帕的超高应力幅，是国家标准的2.5倍；帮助反射面变位的2000多个液压促动器通过伸缩实现精确定位、协同运动，还可将自身各项状态信息上报给控制系统，满足适时跟踪、换源等运动要求；承担着传输各种数据信息使命的动光缆可经受反复弯曲、卷绕和扭转等机械性能和恶劣自然环境考验。

　　“主动反射面系统是我们最大的创新。”彭勃说，大射电望远镜的索网结构可以随着天体的移动变化，带动索网上的4450个反射单元，在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面，极大提升观测效率。

　　中国科学院国家天文台副台长郑晓年说，100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”，中国大射电望远镜与它相比，灵敏度提高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜，50多年一直无人超越，中国大射电望远镜跟它相比，综合性能提高约10倍。

　　9月竣工投入使用

　　“跟其他射电望远镜一样，中国大射电望远镜最主要的两大科学目标是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星，前者是研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化，后者是研究极端状态下的物质结构与物理规律。”郑晓年说。

　　地球大气层留给人类探索宇宙两个窗口，一个是光学，一个是射电。对天文学家来说，如果光学望远镜是显微镜，那么射电望远镜就是CT机，可以获得天体的超精细结构。

　　“有7套接收机，因为不同的波段观测的频率不一样，观测和研究目标就不一样。”彭勃说，在大射电望远镜眼中，宇宙和宇宙天体是一种立体的呈现。

　　“从射电望远镜诞生至今，人类共发现了约2500颗脉冲星，如果中国大射电望远镜的工作时间全部用于观测脉冲星，它一年时间内就有望将这个数量翻倍。”彭勃说，脉冲星可以用于脉冲星导航、脉冲星计时阵等应用目标。

　　在7月3日馈源舱升舱和反射面板按计划完成安装后，大射电望远镜将进行2个多月的系统调试，于9月底正式竣工投入使用。但要实现所有参数最优化，它还要在两三年的观测中不断调试完善。

　　FAST小档案

　　头衔：世界最大单口径射电望远镜（注意：不是最大的射电望远镜，但是最大的球面射电望远镜。）

　　大小：500口径，近30个足球场面积

　　组成部分：4450块反射面板单元

　　建造历程：

　　为建造世界最大单口径射电望远镜，实现高精度的天文观测，中国科学院进行了为期10余年的500米口径球面射电望远镜（FAST）预研究。

　　2008年，概算总投资73263万元、世界最大500米口径球面射电望远镜正式在大窝凼奠基。

　　2011年3月开始，数千科学家、工程师和建设者们深扎贵州黔南州平塘县的山谷，用工匠精神精雕“眼窝”、勾勒“眼底”、密布“神经”、点睛“眼珠”……

　　2015年8月，FAST反射面单元吊装工程开始施工。

　　2016年7月3日，最后一块反射面板的安装完成，中国“天眼”的FAST主体工程完工。

　　能力值：

　　FAST突破了射电望远镜的百米极限，与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，灵敏度提高约10倍。它将在未来10至20年保持世界一流设备的地位。

　　文丨本报记者 张芬 图丨邓刚

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