中國科技:世界上最大的,單口徑射電望遠鏡


中國科技:世界上最大的,單口徑射電望遠鏡

500米口徑球面射電望遠鏡,英文簡稱剛好是FAST。是世界上最大射電望遠鏡,藉助天然圓形溶岩坑建造。

項目主管部門:中國科學院,

項目共建部門:貴州省人民政府,

項目建設單位:中國科學院國家天文臺。


中國科技:世界上最大的,單口徑射電望遠鏡

它的特殊之處在於,完全由我國科學家創新設計和研發製造,是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

它的落成啟用,利用了貴州天然的喀斯特窪坑作為臺址;窪坑內鋪設數千塊單元組成500米球冠狀主動反射面;採用了輕型索拖動機構和並聯機器人,實現瞭望遠鏡接收機的高精度定位。

這樣全新的設計思路,相比於400年前人類第一架4.2釐米口徑的天文望遠鏡,FAST的口徑是它的12000倍。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,FAST的靈敏度提高約10倍;與美國阿雷西博300米望遠鏡相比,其綜合性能提高約2.25倍。

從理論上說,FAST突破瞭望遠鏡的百米工程極限,開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式,它能接收到137億光年以外的電磁信號,這個距離接近於宇宙的邊緣。未來10年到20年它將保持世界一流設備的地位,肩負實現五大科學目標:巡視中性氫,探索暗物質,探索暗能量,發現脈衝星,尋找地外文明。

中國科技:世界上最大的,單口徑射電望遠鏡

1993年東京召開的國際無線電科學聯盟大會上,包括中國在內的10國天文學家提出建造新一代射電"大望遠鏡"。他們期望,在全球電信號環境惡化到不可收拾之前,能多收穫一些射電信號。建造FAST的動機肇始於此。

1994年7月,FAST工程概念提出。

2001年,FAST預研究作為中科院首批"創新工程重大項目"立項,並得到中科院及科技部的支持。

工程於2011年3月正式開工建設,預計2016年9月竣工,工期5.5年。望遠鏡臺址挖掘完工,基地、主動反射面的建造均於2013年內動工。目前總投資概算為6.67億元。

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2016年9月25日,500米口徑球面射電望遠鏡落成啟用,平塘大射電景區(大射電觀景臺、平塘天文科學文化園)於9月26日起試運營。

2017年3月,進行調試階段,下半年可能會進入試運行階段,兩年內完成驗收。

2018年4月28日,從中國科學院國家天文臺獲悉,“天眼”FAST(500米口徑球面射電望遠鏡)首次發現毫秒脈衝星並得到國際認證。新發現的脈衝星J0318+0253自轉週期5.19毫秒,根據色散估算距離地球約4000光年,由FAST使用超寬帶接收機進行一小時跟蹤觀測發現,是至今發現的射電流量最弱的高能毫秒脈衝星之一。

2018年7月12日,由貴州省科學技術獎勵大會獲悉,500米口徑球面射電望遠鏡已發現43顆脈衝星。

截至2018年9月12日,500米口徑球面射電望遠鏡已發現59顆優質的脈衝星候選體,其中有44顆已被確認為新發現的脈衝星。

2020年1月11日,當被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡通過國家驗收正式開放運行,成為全球最大且最靈敏的射電望遠鏡,也意味著人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃,眼界更加開闊。從2017年10月“中國天眼”首次發現2顆脈衝星,到11日召開的國家驗收會上公佈已發現102顆脈衝星,它兩年多來發現的脈衝星超過同期歐美多個脈衝星搜索團隊發現數量的總和。

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FAST索網是世界上跨度最大、精度最高的索網結構,也是世界上第一個採用變位工作方式的索網體系。

其技術難度不言而喻,需要攻克的技術難題貫穿索網的設計、製造及安裝全過程。


僅以鋼索研製為例,FAST工程對拉索疲勞性能的要求相當於規範規定值的2倍,國內外均沒有可借鑑的經驗或資料作為參考。


最終歷時一年半時間才完成技術攻關。所取得的成果已經在國際專家評審會上得到國外專家組的認可,成功在FAST工程上得到應用。


隨著索網諸多技術難題的不斷攻克,形成了12項自主創新性的專利成果,其中發明專利7項,這些成果對我國索結構工程水平起到了巨大的提升作用。

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球反射面:

1、半徑-300m,口徑-500m

2、有效照明口徑:300m

3、焦比:0.467

4、天空覆蓋:天頂角40°

5、工作頻率:70MHz-3GHz

6、靈敏度(L波段):2000

能把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣,將深空通訊數據下行速率提高100倍。

脈衝星到達時間測量精度由120納秒提高至30納秒,成為國際上最精確的脈衝星計時陣,為自主導航這一前瞻性研究製作脈衝星鍾。

進行高分辨率微波巡視,以1HZ的分辯率診斷識別微弱的空間訊號,作為被動戰略雷達為國家安全服務。

基於FAST的強大功能,如果銀河系(直徑約為15萬光年)內存在外星人,他們的信息就很可能被發現。國際科研項目“搜尋外星人計劃”(SETI)的首席科學家丹·沃西默最近向中方提出,希望在FAST加裝設備,可合作搜索地外文明信號。

FAST的天線口徑為500米,將是國際上最大的單口徑望遠鏡,與號稱"地面最大的機器"德國波恩100米望遠鏡相比,其靈敏度提高約10倍。如果天體在宇宙空間均勻分佈,FAST可觀測目標的數目將增加約30倍。與美國Arecibo300米望遠鏡相比,FAST靈敏度高2.25倍,

FAST的設計技術方案除了在觀測中性氫線及其他釐米波段譜線,開展從宇宙起源到星際物質結構的探討、對闇弱脈衝星及其他闇弱射電源的搜索、高效率開展對地外理性生命的搜索等6個方面實現科學和技術的重大突破外,還將作為一個多學科基礎研究平臺,有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣,觀測暗物質和暗能量,尋找第一代天體。

作為世界最大的單口徑望遠鏡,FAST將在未來20~30年保持世界一流設備的地位。


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