亞洲zui大射電望遠(yuǎn)鏡有哪些特異之處？

亞洲*的上海65米射電望遠(yuǎn)鏡

這個口徑65米，重達(dá)2700噸的龐然大物，其相當(dāng)于8個標(biāo)準(zhǔn)籃球場的主反射面精度誤差卻不超過0.3毫米，并能在1分鐘內(nèi)完成不同觀測波段的轉(zhuǎn)換——10月28日，由*公司研制的直徑65米射電望遠(yuǎn)鏡在上海天文臺啟用。作為我國目前口徑zui大、波段zui全的一臺可動的高性能射電望遠(yuǎn)鏡，其總體性能僅次于美國的110米射電望遠(yuǎn)鏡、德國的100米射電望遠(yuǎn)鏡和意大利的64米射電望遠(yuǎn)鏡，為亞洲zui大、*四。

盡管這臺望遠(yuǎn)鏡剛剛投入使用，但早在建設(shè)階段，就已經(jīng)引起世界天文學(xué)界的關(guān)注。*院士、天文學(xué)家葉叔華對它的啟用更是寄予厚望：“這臺望遠(yuǎn)鏡將在射電天文、天文地球動力學(xué)和空間科學(xué)等多種學(xué)科中成為我國乃至世界上一臺主干觀測設(shè)備，并做出*的科學(xué)成果。”

射電天文學(xué)及射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)軔于上世紀(jì)三十年代，并在二戰(zhàn)后得到快速發(fā)展。自1931年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用天線陣接收到了來自銀河系中心的無線電波后，通過接收天體的射電波來測定遙遠(yuǎn)天體構(gòu)成的射電望遠(yuǎn)鏡開始受到關(guān)注。今天已經(jīng)被大家所熟知的脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射和星際有機(jī)分子等的發(fā)現(xiàn)，均與射電望遠(yuǎn)鏡的進(jìn)步有關(guān)。“建設(shè)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)涉及多個技術(shù)領(lǐng)域，被*是一個國家科技實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。”中國電科集團(tuán)黨組書記樊友山表示，“這臺65米射電望遠(yuǎn)鏡的落成，標(biāo)志著我國天文科學(xué)領(lǐng)域又一重要的科學(xué)工程即將投入使用，其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益將十分重大。”

這臺射電望遠(yuǎn)鏡到底有什么“特異”之處？通過一組數(shù)字或可初見端倪。

數(shù)字之一：65米與100億光年
靈敏度和分辨率是衡量望遠(yuǎn)鏡性能的兩個重要指標(biāo)。加大天線直徑、增大天線接收面積，是提高射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度和分辨率的重要手段之一。此次落戶上海天文臺的射電望遠(yuǎn)鏡，由于擁有超大直徑，從距離上看，將能觀測到100億光年以外的天體，這將有助于人類解答諸如宇宙大爆炸后的恒星和星系起源、宇宙中的暗物質(zhì)如何發(fā)揮作用等有關(guān)宇宙的深層次問題，并顯著提升我國天文觀測研究的整體實(shí)力和地位。

不僅如此，“這臺射電望遠(yuǎn)鏡在航天工程的應(yīng)用中，可以作出更大貢獻(xiàn)。”國家探月與航天工程中心總設(shè)計師吳偉仁說，這臺望遠(yuǎn)鏡將直接應(yīng)用于我國正在進(jìn)行的探月工程三期定軌和定位任務(wù)，未來將開展的火星探測以及各項(xiàng)深空探測任務(wù)，它的建成將進(jìn)一步提升我國深空測定軌能力，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。

數(shù)字之二：3318平方米與0.1毫米
這臺直徑65米的射電望遠(yuǎn)鏡，架設(shè)高度70米，有近30層樓那么高，重量達(dá)2700噸，氣勢恢宏、十分壯觀。其天線面積有3318平方米，相當(dāng)于8個籃球場大小。而天線主反射面由14圈共1008塊高精度實(shí)面板鋪成。專家表示，“每一塊面板，大約與一塊雙人床的面積相仿。這樣一塊一塊拼裝成這個龐然大物，而且還要超級精密——天線面精度的變形誤差不超過0.3毫米，也就是我們平時使用的一張卡的厚度。”

“在工作時，受天線俯仰角度、溫度、風(fēng)等因素的影響，望遠(yuǎn)鏡不可避免會產(chǎn)生變形。65米射電望遠(yuǎn)鏡就好像一把手電筒，如果這個手電筒發(fā)生輕微的偏轉(zhuǎn)，那么遠(yuǎn)方的目標(biāo)就會發(fā)生很大距離的偏差，影響天線系統(tǒng)接收效率，特別是高頻段的效率。為了保證它的精度，主反射面的安裝采用了的主動反射面技術(shù)，在面板與天線背架結(jié)構(gòu)的連接處都安裝了精密調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，稱為促動器，共計有1104個。”相關(guān)研制人員介紹說，“為了保證高精度指向，直徑42米的方位軌道采用了無縫焊接技術(shù)，焊接精度為0.1毫米，也就是一根頭發(fā)絲的直徑！”

“整個65米射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目從設(shè)計到建成僅用了不到4年的時間。”項(xiàng)目總指揮涂天杰介紹說，“所有核心技術(shù)*是中國電科54所自主，而其關(guān)鍵技術(shù)就有一百多項(xiàng)，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了*水平。”

數(shù)字之三：8頻段與1分鐘
“接收機(jī)把從天線傳來的無線電波轉(zhuǎn)變成能用儀器記錄的信號或?qū)o線電波進(jìn)行拍照。”研究人員介紹說，“這臺65米射電望遠(yuǎn)鏡的工作波長從zui長20厘米到zui短7毫米，共有8個頻段。一個籃球場大小的天線接收到的全部無線電波都被收集到一個花瓶大小的關(guān)鍵裝置中，這就是天線的心臟。”這對“心臟”的高精度要求顯而易見，同時，也正是由于其工作波段多、工作頻率高、接收頻帶寬，那些宇宙深處的奧秘才有可能得以窺見。

就像照相機(jī)拍攝不同距離的物體需要調(diào)整焦距一樣，觀測太空中的不同目標(biāo)也需要運(yùn)用不同波段。這臺65米射電望遠(yuǎn)鏡能夠通過副反射面偏轉(zhuǎn)或由一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)換饋源來實(shí)現(xiàn)快速更換觀測波段，更換時間能夠小于1分鐘。這樣能大大提高捕捉太空信號的效率和準(zhǔn)確度。

“這臺65米射電望遠(yuǎn)鏡將在射電天文、天文地球動力學(xué)和空間科學(xué)等多種學(xué)科中成為我國乃至世界上一臺主干觀測設(shè)備，做出*的科學(xué)成果。”它的總設(shè)計師、中國電科集團(tuán)的杜彪信心十足。據(jù)測算，如將該射電望遠(yuǎn)鏡加入與其他相關(guān)射電望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)網(wǎng)使用，“該望遠(yuǎn)鏡作為一個單元參加中國VLBI網(wǎng)，靈敏度將提高42％；參加歐洲VLBI網(wǎng)，將使其靈敏度提高15％到35％。”

“當(dāng)今世界日新月異，深空探測和太空開發(fā)利用方興未艾，太空領(lǐng)域的競爭或?qū)Q定一個國家的未來。”樊友山表示，未來，中國電科還將在國內(nèi)陸續(xù)建設(shè)新疆110米天線、貴州500米天線，積極參與天文科學(xué)領(lǐng)域平方公里陣（SKA）的研制建設(shè)。