中国FAST世界最大射电望远镜建成,没有之一!

 

2016年7月3日,FAST主体工程顺利完工...



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2016年7月3日上午,位于贵州省黔南州平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元成功吊装,标志着FAST主体工程顺利完工。

FAST

500米口径球面射电望远镜(Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope,简称FAST)

射电天文学诞生于20世纪30年代初。1932年,美国无线电工程师卡尔·央斯基 (Karl Guthe Jansky,1905-1950)用无线电天线探测到了来自银河系中心(人马座方向)的射电辐射,人类打开了传统光学波段之外进行天文观测的第一个窗口。射电望远镜通过接收来自宇宙中的电波信号来获取并分析各种信息。射电望远镜由定向天线或天线阵、馈电线、高灵敏度接收机和记录仪等部分组成。天线或天线阵将收集到的天体电波,经过馈电线送到接收机上;接收机具有极高的灵敏度和稳定性,它将微弱的天体电波高倍放大后进行检波,再将高频信号转变为低频形式记录下来。射电望远镜按天线结构的不同可分几个类型,如抛物面天线,射电干涉仪,甚长基线干涉仪和综合孔径系统等。这些技术是20世纪60年代后发展起来的。
设计

FAST是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,拟采用我国科学家独创的设计和我国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件,建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨型射电望远镜。FAST建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜,FAST与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20~30年保持世界一流设备的地位。

FAST采用独创的设计,球面反射面被照明部分实时拟合成一个瞬时抛物面,500米口径的反射面由约1800个15米的六边形球面单元拼合而成。利用贵州南部独特的天然喀斯特洼坑可大大降低望远镜工程造价。

性能

FAST对Arecibo型天线的重要创新在于主反射面面板的主动性,以此实现望远镜的宽频带和全偏振能力;馈源及其支撑系统的简化,使FAST对天体和航天器的跟踪范围得到大大的扩充。(FAST创新设计方案:1—主反射面, 2—馈源, 3—Stewart平台, 4—馈源舱, 5—悬索, 6—滑轮, 7—支承塔, 8—缠绕轮及伺服系统)
FAST总体性能如下:

台址:经度~106°E,纬度~26°N,海拔~1000 米

反射面口径:~500米,球冠开口~120°,球面曲率半径~300米

有效照明口径:~300米

最大天顶角:50°

工作频率(GHz):0.3~1.72, 2.15~2.35, 2.8~3.3, 4.5~5.1, (5.7~6.7, 8.0~8.8)

指向跟踪精度:4角秒

应用价值

FAST作为一个多学科基础研究平台,有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘,观测暗物质和暗能量,寻找第一代天体。能用一年时间发现约7000颗脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;有希望发现奇异星和夸克星物质;发现中子星——黑洞双星,无需依赖模型精确测定黑洞质量;通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波;作为最大的台站加入国际甚长基线网,为天体超精细结构成像;还可能发现高红移的巨脉泽星系,实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破;用于搜寻识别可能的星际通讯信号,寻找地外文明等等。

FAST在国家重大需求方面有重要应用价值。把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由120纳秒提高至30纳秒,成为国际上最精确的脉冲星计时阵,为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。进行高分辨率微波巡视,以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号,作为被动战略雷达为国家安全服务。作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统,提供高分辨率和高效率的地面观测;跟踪探测日冕物质抛射事件,服务于太空天气预报。

FAST建成后还将作为SKA(1993年由包括中国在内的10国射电天文学家联合倡议、筹划建造接收面积为1平方公里的巨型射电望远镜,耗资约10亿美元)的先导单元,争取说服国际天文界最终将SKA定位于中国。

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