贵州行—国之重器中国天眼

燕影细语

<p class="ql-block">贵州行的第5天,今天前往位于平塘县克度镇的中国天眼景区。8点从酒店出发,2个小时的车程抵达景区。今天的行程参观平塘国际天文体验馆和500米口径球面射电望远镜。</p> <p class="ql-block">首先来到进入天文体验馆,导游带我们直奔天象厅。在这里马上可以看一段20分钟的影片,介绍太阳系八大行星。天象厅的荧幕是一个直径达15米的半球形穹顶,12台高流明激光投影机协作投影至穹顶而成像。观看时选择靠后一些的座位,体验感会舒适一些,不至于头颈仰得太高而感觉太累。随着广袤无垠的浩瀚宇宙展现在我们眼前,一段探神秘的太空之旅开启。</p> <p class="ql-block">银河系包含数千亿颗恒星,太阳只是其中的一颗恒星。太阳系中太阳位于中心,此外还有八大行星、矮行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等,它们都围着太阳公转。太阳系以每小时50万公里的速度围绕着银河系的中心公转,旋转一圈需要2亿年。八大行星按照离太阳的距离从近到远依次为:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。</p> <p class="ql-block">水星是八大行星中最小且距太阳最近的行星。水星大气层极为稀薄,无法有效保存热量,因而在八大行星中表面昼夜温差最大,白天温度可达427℃,夜间可降至-183℃。水星表面布满众多撞击坑,环星山星罗棋布。水星上一昼夜相当于地球上的176天。</p> <p class="ql-block">金星是从太阳向外的第二颗行星。金星地表环境十分恶劣,包括熔岩、火山、闪电、酸雨,是太阳系中拥有火山数量最多的行星。金星是太阳系中最热的行星,其表面平均温度高达465°C~485°C。进行的大气主要由二氧化碳组成,并含有少量的氮气。进行表面70%为平原、20%为高低、10%为低地。</p> <p class="ql-block">地球是宇宙中已知存在生命的唯一天体。地球表面积5.1亿平方公里,71%为海洋、29%为陆地,在太空上看地球呈蓝色。地球内部有核、幔、壳结构,外部有水圈、大气圈以及磁场。地球只有一颗卫星,即月球。</p> <p class="ql-block">火星是距离太阳第四近的行星,也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星。活性基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布,有存在水的迹象。火星大气以二氧化碳为主(95.3%),既稀薄又寒冷,表面温度-143℃~35℃。火星表面遍布陨石坑、火山、峡谷,包括太阳系最高的上——奥林帕斯山、最大的峡谷——水手号峡谷。火星有两个天然卫星:火卫一和火卫二。</p> <p class="ql-block">木星是太阳系中体积最大、自转最快的行星。木星是一个气态巨行星,没有固体表面,它们的气态物质密度随深度增加而不断加大。木星表面最显著的特征是大红斑,相当于地球上的风暴。木星内部是由铁和硅组成的固体核,称为木星核,温度高达30000℃。木星核的外部绝大部分是氢和氦。木星是人类迄今为止发现的卫星最多的行星,已发现68颗卫星。</p> <p class="ql-block">土星直径是地球的9.5倍,大小仅次于木星。土星的内部结构与木星相似,内部的核心包括岩石和冰,外围有数层金属氢和气体包裹。土星主要由氢组成,还有少量的氦和微量元素。土星的光环由无数个小块物体组成,它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星的卫星数目近次于木星,拥有62颗卫星。</p> <p class="ql-block">天王星体积是地球的65倍,仅次于木星和土星,在太阳系位居第三。天王星主要由岩石与各种成分不同的水冰组成,可能含有水,其主要元素为氢和氦。天王星是太阳系内大气层最冷的行星,最低温度为-224℃。天王星已知的卫星有27颗。</p> <p class="ql-block">海王星是已知太阳系中离太阳最远的大行星,为气态行星。海王星的大气层的化学组成以氢和氦为主,此外还有微量的甲烷,这是海王星呈蓝色的原因之一。海王星和天王星表面很可能包含液态钻石海洋。</p> <p class="ql-block">看完一段20分钟的影片,上了一堂天文学科普课。想想作为一名老师,只是知晓一些自己所从事学科的专业知识,其他方面的知识真的还很欠缺,需要不断学习,永远行进在学习的路上。</p> <p class="ql-block">重新回到天文体验馆序厅。序厅中矗立着屈原青铜雕塑,在这里,还可以看到中国古代星图和中国古代天文学成就,感受古人用智慧发明的日晷、浑天仪等观天计时仪器的神奇。</p> <p class="ql-block">天花板上浩瀚星空有太空黑洞、星系旋涡,展示了外太空的神秘文明。站在地球之上的屈原,仰望星空,发出天问。屈原,战国时期楚国诗人、政治家,他与天文学有啥关系?屈原曾创作了不朽之作《天问》,在这篇长诗中蕴含了诗人对宇宙、天地、日月、星辰等自然现象的大胆探索和深刻思考。有兴趣的话,可以去读一下。屈原的《天问》与现代天文学有着惊人的相似之处,以至于现在我国的行星探测任务被命名为“天问”系列。</p> <p class="ql-block">中国是世界上天文学起步最早、发展最快的国家之一,在世界天文学发展史上占据重要的地位。我国古代天文学的成就大体可归纳为三个方面:天象观察、仪器制作和编订历法。</p> <p class="ql-block">我国古代天象观察从原始社会就开始萌芽。公元前二十四世纪尧帝时代,设立了专职的天文官,专门从事“观象授时”。仰韶文化时期,人们描绘出光芒四射的太阳形象,反映出对天象的观察。对于月亮、行星、彗星、恒星以及罕见天象如日食和月食、太阳黑子、日珥、流星雨等,古书中都有记载。</p> <p class="ql-block">在天文仪器方面,我国古代人民创造性地设计和制造了许多种精巧的观察和测量仪器。最古老的天文仪器是圭表,用来度量日影长度以确定时间和节气。东汉张衡,创制了世界上第一架利用水力作为动力的浑天仪。北宋苏颂,创制了水运仪象台,这是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器。元代郭守敬,先后创制和改进了10多种天文仪器,如简仪、仰仪等。</p> <p class="ql-block">在编订历法方面,古人观察日月星辰的位置及其变化,通过观察天象,掌握它们的规律性,确定四季以及每月日数的分配,编订历法,为生产和生活服务。我国古代历法特别重视冬至这个节气,准确测定了连续两次冬至的时刻,它们之间的时间间隔,就是一个回归年。元代郭守敬,于公元1280年编订了《授时历》,通过测量和计算,采用365.2425日作为一个回归年的长度,这个数值于现金世界通用的公历值相同,比欧洲的格里高利历早了300年。</p> <p class="ql-block">日晷,原指太阳的影子,现为利用日影测得时刻的一种计时仪器,就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻,通常由晷针和晷面(带刻度的表座)组成,晷面有三圈。中圈为十二地支,表示子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰,一个时辰为2小时,如子时就是半夜11点到1点,午时为中午11点到1点。外圈中每个时辰分为8小格,所以每小格就是1刻钟。内圈是指方位,用了十天干中地八干,加上“乾、坤、辰、巽”(乾、坤、巽、辰四个字分别代表了西北、西南、东南、东北四个方向),组成甲、乙、巽、丙、丁、坤、庚、亥、乾、壬、癸、辰,如东方—甲乙—木,东北—辰—水。</p> <p class="ql-block">大家可以看一下,照片中晷针指向几点?</p> <p class="ql-block">浑天仪,是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体运动的一种仪器,由西汉的落下闳发明;而浑象是用于演示天象变化的装置,由西汉天文学家耿寿昌发明。讲到浑天仪,大多数人可能会想起张衡,其实东汉时期的张衡以发明地动仪而闻名于世,对浑天仪只是进行了改进,以水力推动,与天球转动合拍,制作了一架水运浑天仪,实际上就是一个浑象。</p> <p class="ql-block">甘德占星,甘德是先秦时期著名的天文学家,是世界上最古老星表的编制者和木卫三的最早发现者,著有《天文星占》8卷、《岁星经》等。后人把他与石申各自写出的天文学著作结合起来,称为《甘石星经》,这是现存世界上最早的天文学著作。甘德建立了全天恒星区划命名系统;对行星运动进行了长期的观测和定量的研究,发现了火星和金星的逆行现象;推算出木星、金星和水星各自的会合周期;用肉眼观测到木星最亮的卫星——木卫三。甘德对天文学有着突出贡献。</p> <p class="ql-block">地心说和日心说,地心说由古希腊学者欧多克斯提出,然后经亚里斯多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密认为,地球处于宇宙中心,静止不动,从地球向外依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,在各自的轨道上绕地球运转。日心说是由波兰天文学家哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出的,哥白尼认为,地球不是宇宙中心,而是一颗普通行星,太阳才是宇宙中心,行星都绕太阳运转。</p> <p class="ql-block">在星际冒险厅,你可以穿越“黑洞”,行走于“太空舱”中,感受宇宙的神秘和科技的力量。宇宙的中心到底在哪里,目前没有人知道。科学家普遍认为银河系的中心是超大质量黑洞,黑洞通过不断吞噬周边的星体壮大自己,连光都无法逃逸。因此,黑洞里是无边的漆黑,甚至连时空都可能扭曲。但在模拟黑洞的时空隧道中,你不用担心被引力撕碎,这种穿越感一定很奇妙。</p> <p class="ql-block">虚拟太空舱让你仿佛在太空中遨游,和太阳系中的星球亲密接触。</p> <p class="ql-block">进入射电天文厅,该厅围绕射电科学的发展,从射电天文简史开始,阐述射电天文发展各阶段历程;详述FAST项目从立项、到建设、再到应用方面的各种成就和特色;还介绍了贵州星、黔南星和平塘星等国际天文学会确认的特殊小行星的知识。</p> <p class="ql-block">射电天文学是天文学的一个分支,通过电磁波频谱以无线电频率研究天体。观测的对象从近处太阳系、银河系到极其遥远的银河系外的天体或目标。</p> <p class="ql-block">1963年,在美属波多黎各岛的山谷中建造了阿雷西博单镜面射电望远镜,直径达305米,后扩建为350米。其是固定望远镜,只能借助地球自转并通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域。基于该望远镜,泰勒和赫尔斯于1974年发现第一个双中子星系统,通过对双中子星的长期监测,间接证明了引力波的存在,于1993年获得诺贝尔物理学奖。2020年12月1日,阿雷西博望远镜因结构失控而垮塌。</p> <p class="ql-block">2016年,我国建成500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST),称作“中国天眼”。这是世界上最大的单口径射电望远镜。</p> <p class="ql-block">中国天眼,500米口径球面射电望远镜大科学装置,建于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洼地。2011年3月正式开工建设,2016年9月25日,500米口径球面射电望远镜落成启用,基础设施进入试运行、试调试工作。2020年1月11日,通过国家验收正式开放运行。</p> <p class="ql-block">早在1958年,南仁东的老师王绶琯就开始研究宇宙射电,发展中国射电天文。但直到90年代初,我国才拥有25米小口径射电望远镜。1998年,以南仁东为首的射电天文学家提出建造500米口径球面射电望远镜项目,目标是超越居于世界第一的美国阿雷西博射电望远镜,成为世界上最大、灵敏度最高的单天线射电望远镜;实现射电望远镜技术的自主创新;对宇宙进行更深入的探索和研究。</p> <p class="ql-block">建造FAST,要求位置高、信号好、坑型适、地质佳、气候宜、干扰无,所以选址很重要。通过对贵州400多处洼地考察和数据采集、分析,最终确定在大窝凼建造。大窝凼地处云贵高原,海拔比较高,天然形成的洼坑呈漏斗状,最接近FAST造型。石灰岩地质以及形成的地下河,保障雨水向地下渗透,不会淤积。附近5千米半径内没有乡镇,有助于减少电磁干扰。</p> <p class="ql-block">FAST的主体是由4450块反射面板单元(45万块正三角面板)组成直径500米球反射面,总面积约25万平方米。每个反射面板单元又由100块边长约1.1米的正三角面板组成。根据功能和位置不同,反射面板单元有431种类型,组成单元的100块三角板又有7种类型;表面反射层厚度仅为1毫米,要保证整体平面精度误差小于2.5毫米,安装难度极大。三角面板为多孔状(孔直径5毫米,孔间距3毫米),板与板之间有缝隙,这样雨水、尘土可从孔中下落。但是巨大反射面容易受到坠石、冰雹等自然坠物撞击,产生凹陷、孔洞等,影响系统运行的灵敏度、可靠性与稳定性。为此,开发了无人机、机器人进行巡检、清扫、维护,为FAST的长久稳定运行保驾护航。</p> <p class="ql-block">其中一块正三角面板</p> <p class="ql-block">反射面板单元可以调节角度和位置,确保最佳反射效果(图为网络资料)</p> <p class="ql-block">馈源系统包括一个直径13米、高6米、重30吨的馈源舱以及6个独立的支撑系统组成,支撑系统通过6根钢索调节馈源舱在直径207米、距地140-180米的空间范围内上下、左右、前后移动,精度高于10毫米,馈源舱本身还可以进行微调。钢索绳不能多,以免挡住反射面,仅有的6根钢索要精确移动30吨重馈源舱的位置,每根钢索不能出现其中一条虚拉。既要比美国的“阿雷西博望远镜”的馈源舱灵活、活动范围大,又不能出现像阿雷西博望远镜那样因绳索断裂而砸了锅,因此设计、制造要求非常高。</p> <p class="ql-block">关于FAST的其他信息见附录</p> <p class="ql-block">平塘星,1999年12月26日,中国科学院国家天文台兴隆观测基地发现了一颗新的小行星。此后,国际小行星中心将其命名权归属国家天文台。2013年5月23日,为了纪念FAST落户平塘县,称这颗小行星为“平塘星”。这是目前仅有的几颗以县级行政区划命名的小行星,也是以贵州县名命名的第一颗小行星。</p> <p class="ql-block">黔南星,该星是中国科学院国家天文台“施密特CCD小行星项目组”于1997年9月26日发现的。以“黔南星”命名,是因为贵州的黔南布依族苗族自治州是FAST的所在地。</p> <p class="ql-block">贵州星,该行星是我国紫金山天文台于1975年3月17日发现的。</p> <p class="ql-block">离开射电天文厅,进入星系探秘厅。在这里了解太阳系、恒星、彗星、流星、小行星带、黑洞、银河系等天文学知识;结合射电天文科学,介绍黑洞、引力波等前沿科学研究的成果。太阳系八大行星已通过天象厅影片了解了。</p> <p class="ql-block">恒星是由发光等离子体(主要是氢、氦和微量的较重元素)构成的巨型球体。太阳是离地球最近的恒星,而夜晚能看到的恒星,几乎都处于银河系内。研究恒星,最主要的信息源是来自恒星的电磁波辐射。恒星的一生包括形成阶段、主序阶段、红巨星阶段、白矮星或中子星/黑洞阶段。每个阶段都伴随着恒星内部物理过程的变化,这些变化决定了恒星的生命周期和最终命运。</p> <p class="ql-block">恒星和行星则是构成星座的天体,其亮度和颜色可以帮助人们识别星座。</p> <p class="ql-block">彗星,形状像扫帚,俗称扫帚星。彗星的运动轨道多为抛物线或双曲线,少数为椭圆。目前已发现绕太阳运行的彗星有1600多颗,著名的哈雷彗星绕太阳一周时间为76年。</p> <p class="ql-block">流星,流星是指运行在星际空间的流星体(通常包括宇宙尘粒和固体块等空间物质)在接近地球时由于受到地球引力的摄动而被地球吸引,从而进入地球大气层,并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。流星有单个流星、火流星、流星雨几种。</p> <p class="ql-block">小行星带,在太阳系中,除了八大行星以外,还有两个充满着绕太阳公转的小天体的“小行星带”:火木小行星带和柯伊伯带。</p> <p class="ql-block">矮行星,或称“侏儒行星”,体积介于行星和小行星之间,围绕恒星运转,质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡形状。</p> <p class="ql-block">河外星系是指在银河系以外的星系。人们观测到了大约10亿个河外星系,按照形状和结构可分为:旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系和不规则星系。河外星系的发现将人类的认识首次拓展到遥远的银河系以外,是人类探索宇宙过程中的重要里程碑。</p> <p class="ql-block">黑洞是宇宙中最奇特的天体,这种天体的引力特别强,它的逃逸速度大于光速,也就是说连光子都无法逃脱它的引力束缚,因此这个天体看起来是黑的,所以叫做黑洞。黑洞有什么特别?强引力场会导致两个奇异的时空特性:一是空间变成弯曲,二是时间的流逝变慢。空间弯曲宇宙中的许多高能量、剧烈变化的现象都是由于黑洞的存在导致的,由于黑洞吞噬周围的气体导致了活动星系核、伽马射线暴等事件,这一过程称为“黑洞吸积”。</p> <p class="ql-block">引力波是指时空弯曲中的涟漪,通过波的形式从辐射源向外传播,这种波以引力辐射的形式传输能量,就像池塘水面上看到的涟漪。可能的引力波源包括致密双星系统(白矮星、中子星或黑洞)的绕转、旋近或并合、超新星爆发、宇宙暴胀的遗迹等等。2023年6月29日,利用FAST探测到了纳赫兹引力波背景存在的证据。由于不需要任何的物质存在于引力波源周围,就不会有电磁辐射产生;引力波能够几乎不受阻挡地穿过行进途中的天体。这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息。</p> <p class="ql-block">在星辰天缘大酒店吃完午餐后,就前往摆渡车乘车点,准备去中国天眼。</p> <p class="ql-block">为确保FAST不受干扰,其周围5公里核心区为静默区,屏蔽所有电子信号。因此,游客须寄存以下物品:手机、手表、智能手环、平板电脑、充电器、充电宝、行车钥匙、感应门钥匙、数码相机、对讲机、遥控器等一切电子产品;香烟、打火机、火柴等易燃易爆物品;水果刀等一切刀具。友情提示,如果想在天眼拍照,带好人民币现钞。</p> <p class="ql-block">储物箱采用刷脸方式。为少占用资源,团队中很多人都是两人共用一个储物箱。结果有一位同事把乘车的车票储存了,上不了车。因为要刷脸,只好两人一同去储藏点,刷脸后,这张脸就不能再次重复刷了,所以刷了另一位同事的脸。</p> <p class="ql-block">通过安检后乘坐景区摆渡大巴进入中国天眼运行环境核心保护区。到达游客服务中心后,再次安检,才能前往天眼观景台。可以坐中巴而后再登100多级台阶前往,也可以步行789级台阶上观景台。台阶路上,每隔一段设有十二星座图。观景台设有三层,可在不同高度的观景台上看FAST。由于不能携带电子产品,所以引用两张新华社记者拍摄的照片。</p> <p class="ql-block">在回都匀的路上,途经天空之桥—平塘特大桥。平塘特大桥是三塔双索面叠合梁斜拉桥,全长2135米,桥宽30.2米。索塔采用钻石形空间桥塔,其中最高桥塔为332米的钢筋混泥士桥塔,为同类桥塔中的世界第一。塔身玲珑有致,宛如三颗璀璨的钻石,矗立在喀斯待地貌的青山绿水间,桥塔直上云霄,被喻为“天空之桥”。</p> <p class="ql-block">【<b>附录</b>】</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b>什么是射电望远镜?</b></p><p class="ql-block">射电望远镜是一种用于接收和分析来自宇宙中射电波(电磁波)信号的天文观测设备。与通常的光学望远镜不同,射电望远镜专注于探测无线电波,它们用于研究宇宙中的天体和现象,例如脉冲星、星系、星际气体和星际磁场等。</p><p class="ql-block"><b>为什么要建造中国天眼(FAST)?</b></p><p class="ql-block">“中国天眼”,500米口径球面射电望远镜(FAST),这是目前世界上最大的单口径射电望远镜。早在1958年,南仁东的老师王绶琯就开始研究宇宙射电,发展中国射电天文。但直到90年代初,才拥有上海天文台和新疆天文台的2台口径25米射电望远镜、紫金山天文台的13.7米口径毫米波射电望远镜和北京天文台密云综合孔径射电望远镜。1998年,以南仁东为首的射电天文学家提出建造500米口径球面射电望远镜项目,目标是超越居于世界第一的美国阿雷西博射电望远镜,成为世界上最大、灵敏度最高的单天线射电望远镜;实现射电望远镜技术的自主创新;对宇宙进行更深入的探索和研究。</p> <p class="ql-block"><b>FAST为何选址贵州平塘大窝凼?</b></p><p class="ql-block">(1)建造FAST,要求位置高,信号好,还要有洼坑。大窝凼地处云贵高原,海拔比较高,喀斯特地形,形成的天然洼坑呈漏斗形状,地貌最接近FAST造型,工程开挖量最小;</p><p class="ql-block">(2)大窝凼喀斯特地质属于石灰岩,贵州多雨,日积月累,形成喀斯特地貌以及地下河。这样可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜;如选在青藏高原,地下全是冻土,很难挖掘。</p><p class="ql-block">(3)贵州很少下雪,FAST不会被雪覆盖,这样就能全天工作。</p><p class="ql-block">(4)射电望远镜需要一处“静土”,“大窝凼”附近5千米半径内没有一个乡镇,有助于减少电磁干扰,无线电环境理想。</p><p class="ql-block"><b>FAST的口径为什么设计成500米?</b></p><p class="ql-block">在FAST建成前,世界最大射电望远镜单口径是美国阿雷西博望远镜,口径大约305米,照明口径约200米,最大天顶角约20°。经过精密计算,“天眼”有效口径如果要达到300米,整体口径就要达到519米,才能有30°天顶角。如果继续扩大到40°天顶角,先导望远镜口径就要560米。考虑造价等种种因素,最终确定FAST口径500米。FAST建设历时5年半工期,总造价高达11.5亿元人民币。</p> <p class="ql-block"><b>FAST科学目标是什么?</b></p><p class="ql-block">中国天眼能接收外星球强烈或微弱的信号,绘制银河系结构,倾听脉冲星的“声音”,探索宇宙起源和演化,让全人类看得更远,期待对宇宙更本质的理解和更长远的突破。具体科学目标为:</p><p class="ql-block">(1)巡视宇宙中的中性氢,研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化;</p><p class="ql-block">(2)观测脉冲星,研究恒星演化、引力理论、宇宙时空结构等问题;</p><p class="ql-block">(3)主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;</p><p class="ql-block">(4)探测星际分子,研究恒星形成与演化、星系核心黑洞,探索太空生命起源;</p><p class="ql-block">(5)搜索可能的星际通讯信号,搜寻外星文明。</p><p class="ql-block"><b>通过FAST观测现在取得了哪些成果?</b></p><p class="ql-block">截至今年4月,FAST已发现900余颗新脉冲星,其中至少包括170余颗毫秒脉冲星、120余颗双星脉冲星、80颗暗弱的偶发脉冲星。每一颗脉冲星都有其特殊脉冲及稳定的转动频率,相当于宇宙中具有特有信号标记的“灯塔”。如果人类在未来能够实现“星际穿越”的话,这些脉冲星将为人类在浩瀚宇宙中旅行提供“导航”。此外,首次在射电波段观测到黑洞“脉搏”、探测到纳赫兹引力波存在的关键证据、探测并构建世界最大中性氢星系样本……巡天探宇,解密星空,“中国天眼”没有停止过创新的脚步。</p> <p class="ql-block"><b>FAST射电望远镜有哪些系统组成?</b></p><p class="ql-block">射电望远镜的主要射电望远镜的主要组成部分包括:(1)主动反射面:一个巨大的球面碟形天线,用于收集射电波。(2)馈源舱:位于反射盘的焦点,包含馈源和相关设备。其中馈源:接收来自反射盘的射电波,并将其传送到接收器;接收器系统:将射电波转换为电信号,并进行初步放大。(3)数据处理系统:分析接收到的数据,包括信号处理和图像生成,这些设备和系统位于FAST望远镜的地面控制中心。(4)机械支撑结构:支撑和调整反射盘以及馈源舱的位置,确保精确的天体对准。</p><p class="ql-block"><b>什么是馈源舱?</b></p><p class="ql-block">馈源舱是射电望远镜中的关键组件,用于接收反射面(如抛物面天线)聚焦到的射电波信号,并将这些信号传递到后续的接收和处理系统。FAST馈源舱重30吨,通常位于射电望远镜的焦点处,其组成部件:(1)馈源(接收器):包括低噪声放大器(LNA)和信号转换器,接收射电信号,并转换为电信号。(2)反射镜和透镜:用于引导和聚焦射电波到馈源。(3)支撑系统:六基馈源支撑塔负责支撑、移动、定位馈源舱。(4)冷却系统:减少自身的噪声,提高信号的清晰度。馈源舱的设计和精确对准对于射电望远镜的观测效果至关重要,因为它直接影响到信号的接收质量和测量精度。</p> <p class="ql-block"><b>什么是反射板?其结构如何?</b></p><p class="ql-block">射电望远镜中的反射板是帮助导向和聚焦射电波、有效地反射和引导信号的装置。FAST反射板呈三角形,基本结构包括:(1)反射面:表面覆盖有金属涂层(通常是铝或镀银的金属薄膜),以提高反射效率。(2)反射面涂层:涂有一层保护性涂层,以防止氧化或磨损,保持其反射性能。(3)支撑框架:反射面由轻质而坚固材料制成的支撑框架固定,框架上配备调节装置,可精确调整反射板的角度和位置,以确保最佳的反射效果。(4)安装支架:反射板和支撑框架通常安装在支架上,该支架将反射板固定在射电望远镜上。</p><p class="ql-block"><b>FAST有多少块反射板?</b></p><p class="ql-block">FAST(五百米口径球面射电望远镜)共有45万块反射板,组成4450个反射单元,反射面总面积位25万平方米,相当于30个标准足球场大小。如果里面盛满水,在分装到500毫升的瓶子里,全世界每人都能分到4瓶。每块反射板都由铝合金制成,用于形成大型的抛物面反射面,定位精度达到3.8毫米。这些反射板共同工作,以精确地聚焦来自宇宙的射电信号,接收百亿光年以外的天文信号。</p> <p class="ql-block"><b>FAST馈源舱移动和反射板调节是如何相互协调的?</b></p><p class="ql-block">FAST的馈源舱通过轻型索拖动馈源支撑系统进行移动。这个系统由悬吊在500米口径球面中央的馈源舱和周边的六个支撑塔以及六根钢索组成。通过调整这些钢索的长度,可以精确地控制馈源舱的位置,从而实现对其在三个方向上(上下、左右、前后)移动的精确控制。FAST通过下拉索与促动器调节反射面板的位置,以形成工作抛物面。促动器沿基准球面径向安装,其底端固定在地面,顶端可沿基准球面径向伸缩,通过调节促动器的伸缩量来调整反射面板的位置,最终形成所需的工作抛物面。FAST的控制系统会实时监测反射面和馈源舱的位置。反射面上的传感器和测量装置会收集数据,反馈给计算机控制系统,以确定是否需要对反射板进行微调。当反射板进行调整时,控制系统会相应地调整馈源舱的位置,以确保它始终位于反射面焦点的最佳位置,从而最大化信号接收的效果。</p> <p class="ql-block">本次行程还见:</p><p class="ql-block"><a href="https://www.meipian.cn/55q06hhq" target="_blank">贵州行—彩云之城都匀</a></p><p class="ql-block"><a href="https://www.meipian.cn/55qyqdvi" target="_blank">贵州行—人间绿宝石小七孔</a></p><p class="ql-block"><a href="https://www.meipian.cn/55t7ifoc" target="_blank">贵州行—西江千户苗寨</a></p><p class="ql-block"><a href="https://www.meipian.cn/55v4x7k8" target="_blank">贵州行—绿博园和杉木湖风景区</a></p><p class="ql-block"><a href="https://www.meipian.cn/55zeuch1" target="_blank">贵州行—甲秀楼</a></p>