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中国将用地球最大"耳朵"聆听宇宙的“声音”
2015-07-28 12:19  来源: 新华社 作者: 喻菲全晓书杨春雪  编辑: 李青
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  新华社北京7月27日新媒体专电在贵州形成于4500万年前的巨型天坑中,科学家正在建造面积相当于30个足球场的世界最大单口径射电望远镜。它像一只庞大而灵敏的“耳朵”,将捕捉来自遥远星尘最细微的“声音”,洞察隐藏在宇宙深处的秘密。

  这项中国有史以来最大的天文工程,总投资达12亿元,2011年3月动工,预计2016年9月竣工。

  中国科学院国家天文台射电部首席科学家李菂说:“它建成后将在未来20至30年保持世界一流地位。”

  快!望远镜

  “大耳朵”正式的名字是:500米口径球面射电望远镜。科学家将它的英文名缩写为FAST。尽管被称作“快”,建设这样巨大的望远镜却绝对无法快速实现。从1993年最初提出计划已过去了20多年,其间经历了反复研究论证。

  射电望远镜是在无线电波段观测天体。来自太空天体的无线电信号极其微弱,自70多年前射电天文学诞生以来,所有射电望远镜收集的能量还翻不动一页书。阅读宇宙边缘的信息需要大口径望远镜。

  为了加快对宇宙探索的进程,提高中国的深空探测能力,积极参与国际竞争,中国天文界于1993年提出利用贵州喀斯特洼地,建造世界最大的单口径射电望远镜。

  如今,在贵州黔南州平塘县名叫“大窝凼”的洼地中,望远镜的白色钢架已填满整个山谷。工人们近日开始为望远镜铺设反射面。

  FAST的镜面由4000多块小反射面组成。每一块反射面的背后都有钢索牵拉,用于调整方向。这样精巧的设计可以让反射面不断变形,追踪移动的天体,形成抛物面汇聚电磁波,就像一口大锅中又套着个可以移动的大碗。

  “让如此巨大的望远镜改变形状,最大的困难是必须快速测量和控制上千台电机。我们通过激光测量精确定位,精度要达到毫米级。”李菂说。

  FAST工程办公室副主任张海燕介绍,与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,FAST灵敏度将提高约10倍;与被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。

  “它非常壮观,给人宏大、震撼之感。”国家天文台研究员陈学雷最近参观了施工现场后感叹道:“国家投资建设了这么大的望远镜,作为科学家,我们一定要用好它,做出新的发现。”

  实际上,脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子等重要天文发现都与射电望远镜有关。诺贝尔奖历史上明确基于天文观测的10项获奖成果中有6项都出自射电望远镜,射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。

  李菂说:“我们一定要尽快取得创新性成果,尽快挖掘获得诺贝尔奖级发现的潜力。如果能探测到引力波或揭示物质新形态,这些会是诺贝尔奖级的发现。”

  他表示:“我们的望远镜是开放的,未来欢迎国内外的科学家来使用。”

  托“外星人”的福

  20年前,朱博勤在崎岖的山路上跋涉了两个多小时,爬上“大窝凼”的垭口,眼前出现青山环抱的一片圆圆洼地,山上绿树葱郁,山谷内灰瓦木屋点缀在农田之间。这里有个好听的名字:绿水村。12户人家65口人居住在连电都不通的封闭小世界里。

  贵州喀斯特地貌约占全省总面积70%,特别是在贵州南部,发育了大量喀斯特峰丛洼地。科学家认为这种天然的洼地正适合建造形如大锅的FAST,可以大大减少工程成本。

  专家们先根据卫星遥感影像,对400多个备选洼地中选出30多个实地考察。很多类似“大窝凼”的洼地中都有居民。

  台址系统总工程师朱博勤回忆说,有外国专家参与了考察。附近的老百姓听说后赶了半天路来围观,满山遍野站满了人。“他们渴望了解外面的世界,就像我们渴望了解宇宙。”

  科学家说要在这建一座射电望远镜,村民们不懂。当科学家说可以用射电望远镜找外星人,大家就明白了,并且特别高兴,因为全世界都会知道他们的家。

  最后,专家选定“大窝凼”,因为它不大不小,深度合适,形状很圆,适于施工建设,岩石有足够的承载强度。这里的喀斯特地质条件可以保障雨水向地下泄流,避免损坏望远镜。附近5公里半径内没有一个乡镇,25公里半径内只有一个县城,无线电干扰较少,无重大自然灾害记录。

  为了人类最大的望远镜,“大窝凼”的居民搬迁到镇里居住。其他洼地中的村民们羡慕不已地说:“不知道哪辈子修来的福,靠外星人让他们搬离了这个地方。”

  天籁之音

  FAST建成后,用这只“大耳朵”听什么,科学家们还在不断讨论中。

  李菂说,它投入使用后,可观测的天体数目将大幅度增加,将搜寻到更多的奇异天体,可为科学家提供更多更好的观测统计样本,更可靠地检验现代物理学、天文学的理论和模型。“FAST拟回答的科学问题不仅是天文的,也是面对人类与自然的。它潜在的科学产出也许我们今天还难以预测。”

  主要研究暗物质与暗能量的科学家陈学雷说:“我对FAST非常期待。我们希望通过观测中性氢的分布来研究宇宙膨胀速度,并推算暗能量的性质。”

  奇异的脉冲星强烈地吸引着科学家们。李菂说:“目前人类已经发现2000多颗脉冲星,我们期待找到新种类的脉冲星。”

  陈学雷说:“脉冲星有很多怪异的现象和性质,我们还无法理解。科学家已经发现一些转得特别快的脉冲星,叫毫秒脉冲星,大约每几毫秒转一圈。它为什么转那么快,还需要研究。”

  “脉冲星就像天体物理实验室,很多最极端的现象就发生在那里。科学家可以将脉冲星作为工具研究万有引力。如果将来发现脉冲星与黑洞组成的双星系统,我们就可以利用脉冲星去研究黑洞周围的时空。”陈学雷说。

  由于脉冲星的稳定性可以超过原子钟,有科学家提出,可以用脉冲星为太空飞船导航。

  “另一个重要目标是利用脉冲星探测引力波。引力波是爱因斯坦广义相对论一个非常重要的预言,但科学家还没有检测到。引力波会使脉冲到达时间发生变化。如果我们能观测到全天的脉冲星或者某一方向上的多个脉冲星周期发生变化,就能探测到引力波。”陈学雷说。

  科学家还准备用FAST搜寻识别可能的星际通讯信号,开展对地外文明的搜索。

  李菂说:“找到地外智慧生命很难。我们的重点是寻找宇宙分子,也就是研究宇宙学尺度上的生命起源。几乎可以肯定,再有两三年,科学家就可以在太空中直接找到氨基酸。我估计找到地外生命也是非常可能的,无论是太阳系内还是太阳系外。”

  此外,FAST将为中国深空探测提供一个高灵敏度、高分辨率的地面跟踪与遥控设备,它将使中国深空测控能力延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高数十倍,同时填补美国、西班牙和澳大利亚三个深层空间跟踪站在经度分布上的空白。

  李菂说:“对于人类来说,探索未知世界、满足好奇心,是与吃饭睡觉同等重要的本质权利。探索未知世界会激发人类的创造力,去做人类以前做不到的事情,找到原来根本想象不到的解决问题的办法,这其中会产生巨大价值。”

作者: 喻菲全晓书杨春雪  编辑: 李青 责编: 李青  
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