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洞悉宇宙,天眼已开。怎么,你还不知道?

洞悉宇宙,天眼已开。怎么,你还不知道? 徐汇软件园
2016-09-28
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导读:2016年9月25日,是举世瞩目的“天眼“——500米口径球面射电望远镜(FAST)竣工的日子。这只在贵州的

2016年9月25日,是举世瞩目的“天眼“——500米口径球面射电望远镜(FAST)竣工的日子。这只在贵州的群山之中凝视着宇宙的”天眼“,即将开始追寻宇宙最深邃的过去,搜索地外文明的踪迹。


群山环绕的FAST全景


FAST“藏在”贵州省平塘县克度镇大窝凼群山环绕的天然喀斯特洼坑里。这个巨大的洼坑本身,就是FAST的三大创新之一。选择把“天眼”安放在这里,不仅节省了巨额的工程开支,环抱的群山还为“天眼”的观测创造了宁静的工作环境。


“天眼”的工作原理其实跟咱们平时常见的锅式天线差不多,通过抛物面把采集到的信号反射到接收信号的馈源舱里,再由相应的信号处理系统对接收到的信号进行处理。只不过,“天眼“有世界级的超大口径,采集的是来自宇宙的海量信息,而它的大脑,是曙光超级计算机。


这只大眼睛是由4450块反射面板拼在一起组成的。和常见的锅式天线不同,它是一个真正的球冠状反射面。什么意思呢?就是,它真的像是一口巨大的锅,摊开来足有30个足球场那么大。


从侧面看,真的是通通透透一口“锅”


FAST的第二大创新,是为了让这口大锅能更好更精确地采集来自天空中某个区域的信号。首先,这口“大锅”被“端起来”架在一个周长1600米的环形圈梁上。离开地面的“锅底”上的每一块反射面板都被一根根钢索迁拉着,形成一张巨大的索网。在上万根钢索的牵拉下,这几千块反射板能够在“锅底”形成一个300米直径的瞬时抛物面,汇聚来自某一个方向的电磁波,就好像“天眼”里转动的“瞳孔”,可以随时“望”向令它着迷的远方。相比之下,美国的阿雷西博望远镜虽然也不小,但是它的眼睛就永远只能盯着一个方向。


FAST的圈梁结构和反射面索网液压促动系统


每一块反射面板的背后都有一根牵拉索和一套液压促动系统相连,精准地实现满足天文观测需求的300米口径瞬时抛物面


只有“瞳孔”可以转动还不够。光线射入眼睛,需要投射在视网膜上才能被最终处理成眼前的风景。“天眼”的“视网膜”,就是由6根钢索吊在“锅里”的馈源舱。


悬吊在“锅里”的馈源舱


看着不大对不对?巨型“天眼”的“小小”馈源舱重达30吨。所谓“馈源”,就是汇聚收集所有从宇宙中接收到的信号的设备,馈源舱就是用来安放这些设备的地方。要想最大限度的接收大锅采集反射回来的信号,馈源舱就必须像传统的锅式天线一样处在焦点的位置上。这下问题就来了,还记得刚才说过的吧?“天眼”的“瞳孔”是会转动的!4450片反射板可以在钢索的牵拉下根据观测的需要可以随时改变瞬时抛物面的朝向。相应的,”天眼“的“视网膜”也就必须得能跟着瞳孔一起动才行。否则?就是睁眼瞎喽。


吊在锅里“小小”的馈源舱


 想让这个30吨重的大家伙动起来可不是件容易的事。看到照片里围在“锅边”的6座巨大的高塔了吗?他们是“馈源支撑塔”,高的有168米,最矮的也有128米。每座塔都有一根钢索拉住馈源舱的一个角,把它悬吊在“锅里”。收放这6根钢索,就能拉着馈源舱在“锅里”移动,满足收集信号的需要。

 巨大的馈源支撑塔


“收放自如”的馈源舱是FAST的又一大创新。不论反射面如何变化,通过馈源支撑塔悬挂的轻型索拖动机构的牵拉和并联机器人的二次精调,馈源舱能够随着反射面的变化需求,在规定的时间,准确无误的到达规定的位置。有多精确?30吨重的馈源舱,在一百多米的高空,直径两百多米的球面上,实现误差小于10毫米的定位!



反射面上凸起的小黄点,其实是这些黄色的大柱子。它们是“天眼”转动的“灯塔”。它的稳定性,是实现反射面和馈源舱能够精准无误的协同运动的基准。知道它有多稳吗?3年的风吹日晒,它的误差只有1毫米。


随着“天眼”睁开,投入使用的FAST将首先进入调试-试运行观测阶段的工作。科学家们期望在未来的3-5年内能够通过试运行,让整套系统达到期望的观测精度与能力,获取高质量的观测数据,进而为人类获取关于宇宙的起源和演化、脉冲星、精准时钟、深空导航,甚至是地外文明探索等更多关于宇宙的新知。



转载出处:http://www.guokr.com/article/441751/


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