怎样在饭局上谈论贵州那个山一样大的望远镜?

来源:科普中国

2016-07-04 09:06

中国科普博览

中国科普博览作者

中国科学院网络科普门户

六月以来,美国天文界哀音缕缕,305米口径的阿雷西博(Arecibo),全球现役最大球面射电望远镜,因为经费不足,恐遭关闭之虞。与此同时,中国天文界凯歌高奏,500米口径球面射电望远镜(FAST),在七月三日拼好最后一块反射面板,坐稳球面射电望远镜的头把交椅。老炮唱罢,新腕登场,河东河西的轮转,或许凭此可见一斑。

阿雷西博望远镜

FAST

十几年筹备,五年半施工,这口金属大锅从科学家的大脑到贵州省的山坳,已经渊默如海地孕育了二十多年,今年九月,修满出山,巨鼎开锅,铺天盖地的宇宙电磁波就要涮起来了。这部长篇的断章谁都略晓一二,不过,你想不想赶在九月竣工,媒体再次蜂拥前,给饭局提供一些更加有形有款、有里有面的谈资呢?比如:

·FAST是最大的射电望远镜吗?

·FAST即将拼好的“主动反射面”究竟是什么?如何极富创意?

·除了科研价值,大型天文工程还能为普通民众带来哪些好处?

好了,聊完这三点,你在饭局上的知性达人形象估计就基本树立了。闲言少叙,锦囊如下。

是最大的,也不是最大的

按口径尺寸给望远镜排座次,评出最大,以示博识,此举在饭局上确实颇受垂青。然而,万一又有人人云亦云地说“FAST是全世界最大的射电望远镜”,甚至加上一句,“之前最大的是阿雷西博”,坐在角落里的你,千万不要忘了补刀。

你只需幽幽地说:“其实,最大的单体射电望远镜是前苏联的RATAN-600,直径576米。”不过,也别忘加上一句:“当然,FAST是球面射电望远镜里最大的。”

不同种类的望远镜,各有最大。有时话说快了容易忽略种类限定,专业人士都难免。RATAN-600是十分罕见的带形射电镜,非主流,影响甚小,但口径确实够大。FAST和阿雷西博也是少见的球面射电镜,但主流,影响巨大。更多的射电镜是抛面的,口径要小不少,最大的绿岸(Green Bank)也只有110米。

RATAN-600

绿岸望远镜

除了这些探测无线电射电镜,还有探测可见光的光学镜,口径就更小了。此外,单体望远镜还能被连起来,综合数据,组成阵列,形成一个虚拟的超大望远镜。这种阵列,有些纵横寰球,形成的虚拟镜,比起RATAN-600,又大得不可以道里计。

望远镜阵列

各类望远镜各有专攻,口径和性能并不完全相关,名垂天文史册的望远镜也不一定是当时最大的。

总之,锦囊之一:FAST不是最大的射电望远镜,但是最大的球面射电望远镜。

一个巨碗,滚在一口大锅里

找一个山谷,架起一口大锅,在金属的巨耳里,听宇宙的呼吸。这些话拿到饭局上聊,似乎已经缺乏燃点。谁没看过《007·黄金眼》、《超时空接触》,甚至《异种》之流的香艳科幻片呢?阿雷西博望远镜架在波多黎各的青山翠谷中,已经五十余年,路人皆知。FAST有什么,不就是一口大了200米的锅?

不,不止于大,坐在角落里的你一定要说:“那口锅是死的,这口锅能动。”

同样是在大圆坑边竖起圈梁,挂下支撑索网,再在索网上铺设几千块反射板,形成一个球面。

FAST的圈梁

FAST的支撑索网

FAST的反射面板拼接进行中

FAST的反射面板拼接完成

然而,阿雷西博的球面不能动,但FAST的能。

这有什么区别吗?

区别很大。抛面不同于球面:电磁波平行入射进来,抛面将其聚于一点,球面却只能聚于一线。而只有聚焦处,才能用馈源接收信号。

于是,不能动的阿雷西博先用了一根巨棍状的馈源,沿焦线接收,效果不佳,后来升级为穹屋状的馈源,通过复杂的光路,将焦线间接聚为焦点接收,效果不错,却足有好几百吨重。

《007·黄金眼》中阿雷西博的棍状馈源

《超时空接触》中阿雷西博的穹屋状馈源

这种麻烦,FAST没有,因为FAST的球面下,有一套精妙的促动器系统,像从地面生出的2000多只大手,拉动支撑索网,也就拉动了反射面板,让500米直径的球面各处,都可以局部变形为300米直径的抛面。

FAST的促动器

于是,FAST动起来了,眼观六路,视角不小,而且接收信号轻松很多,只用一个30吨重的小馈源就好。

FAST测试阶段的红顶馈源

此即所谓“主动反射面”技术,世所未见,是FAST的三大自主创新之一。

总之,锦囊之二,套用FAST项目科学家的名言:“主动反射面”,就是让一个300米的碗,滚在一口500米的锅里。

英雄迟暮,美人初妆

美人初妆的FAST尚未登场,科学家早已兴冲冲地告诉你:有了它,我们可以探测脉冲星、中性氢、黑洞吞噬小天体,探索星体演化、宇宙起源、地外智能生命,还能和遍布祖国各地的其它射电镜组成阵列,形成虚拟的超大望远镜……

可是等等,饭局上肯定有人说:“除了外星人,都听不懂,这些大型天文工程,到底和我们这些平头百姓有什么关系?”

不妨再看看英雄迟暮的阿雷西博吧。姑且不提它发现双脉冲星,间接验证引力波,荣膺诺贝尔奖,以及更多天文学的丰功伟绩,多少激动过普通人心灵的电影、剧集、唱片、旅行图册都借助了它史诗般的恢弘,已不胜枚举。

如今资金难觅,阿雷西博面临退役,极端意见甚至包括爆破炸毁。在波多黎各,无数曾因它改变人生轨迹的年轻学生为此痛心,一个在阿雷西博城长大的非专业人士说:“我长大的过程中,一直知道,城南的山里,有伟大的科学正在完成。”

它是一个国家的灵感和骄傲。

总之,锦囊之三:相信这也是FAST将带给我们每个人的。

(“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。本文由科普中国融合创作出品。)

责任编辑:陈佳静
贵州 射电望远镜 望远镜 中科院 中国科普博览
观察者APP,更好阅读体验

伊朗外长否认以空袭:除非遭重大袭击,否则不予回应

重庆通报“燃气费异常”:燃气集团党委书记被免职

“伊以都在降调”,国对国直接打击结束?

以色列“有限复仇”:选在了伊朗核计划中心

以色列“报复”开始:伊朗多地传出爆炸声