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纳兰容若

自在飞花轻似梦,无边丝雨细如愁

 
 
 

日志

 
 

中国“超级天眼”有多牛:月球上打手机也能探测到  

2016-09-26 20:30:29|  分类: 【中国航天】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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“超级天眼”正式启用:月亮上打手机,也逃不过它眼睛

人类关于宇宙新知的探索又迈进了一步。据新华社报道,2016年9月25日,有着“超级天眼”之称的500米口径球面射电望远镜,将在贵州平塘的喀斯特洼坑中落成启用。1609年,意大利科学家伽利略用自制的天文望远镜,发现了月球表面高低不平的环形山,成为利用望远镜观测天体第一人。400多年后,代表中国科技高度的大射电望远镜,将首批观测目标锁定在直径10万光年的银河系边缘,探究恒星起源的秘密,也将在世界天文史上镌刻下新的刻度。

宇宙到底有多大?这是人类秉承探索发现的天性不断追寻的问题。

在发现未知地带的征程中,中国天文人将不畏艰苦、不断创新,奏响探索宇宙的新畅想曲。

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“发现”的高手,大射电成我国天文学跻身世界一流的突破口

望远镜“锅盖”越大越灵敏,500米的“超级天眼”究竟有多灵敏?

科学家打了个比方,有人在月亮上打手机,也逃不过它的“眼睛”。

对老一辈天文学家来说,拥有这样的望远镜一直是个梦。我国天文学长期落后,主要受制于望远镜设备。二战后射电天文学方兴未艾,接连涌现类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现,我国在这一领域却长期处于空白状态。

走过蹒跚学步、仰望西方强国的阶段,近年来我国陆续建成5座射电望远镜,口径从25米到65米不等。不过,与美国的305米口径和德国100米口径射电望远镜相比,我们的射电望远镜观测能力还比较有限。“天文设备按国际惯例都是开放的,但中国人要独立申请使用国外望远镜比较难。国内外设备差距比较大,缺乏平等合作的基础。”国家天文台“百人计划”研究员、500米口径球面射电望远镜工程科学部主任朱明说,只有走自主研制之路,才可以扭转这一局面。

“500米口径球面射电望远镜建成,将为我国天文学跻身世界一流创造条件。”中科院国家天文台台长严俊表示。国家天文台射电天文研究部首席科学家、“千人计划”专家李菂说,中国大射电在很多领域都具备超强的能力:发现气体星系有望在过去的基础上提高10倍,发现的脉冲星数量有望翻倍,有望发现新的星际分子……

射电望远镜诞生至今,人类发现约2500颗脉冲星,它们全部位于银河系内。科学家们将中国大射电首批观测目标锁定在银河系外,希望依靠其超群的灵敏度搜寻河外星系的脉冲星。“发现更多脉冲星,从脉冲星中遴选出脉冲信号稳定的毫秒级脉冲星,将来有望应用于空间飞行器导航领域。”严俊说,目前国内外相关研究都处于概念阶段。

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拓宽科技维度,“天眼”联网才能洞穿宇宙迷雾

今天天文领域讲究立体化作战,仅有500米口径球面射电望远镜还远不够。

从某一点看宇宙,视野有限,望远镜要形成阵列才能发挥更强威力。“大射电擅长的观测频率是中低频,而高频的亚毫米波、毫米波领域也需要更强的望远镜,才能形成比较完备的观测体系。”朱明解释说。

按计划,500米口径球面射电望远镜,将和我国其他5座射电望远镜组成“天眼”群——甚长基线干涉测量网,并主导国际射电领域的低频测量网,从而更好地获取天体超精细结构。未来5至10年,大射电等项目只是我国大望远镜建设浪潮的前浪。据严俊透露,中国12米光学红外望远镜已初步通过专家评审,有望于“十三五”规划期间立项。

目前,我国最大的光学望远镜是位于云南丽江的2.4米光学望远镜,与国际上领先的西班牙10.4米光学望远镜、美国10米光学望远镜和日本8米光学望远镜等仍有较大差距。12米光学红外望远镜建成后,将为暗能量本质、引力波源光学认证和研究、太阳系外类地行星探测、超大质量黑洞、第一代恒星等前沿科学问题,提供在国际上有竞争力的观测平台。

有红外望远镜,就有紫外望远镜和X射线望远镜,我国正计划把望远镜家族的基地拓展到空间领域。

2016年年底,我国将发射自主研制的硬X射线调制望远镜卫星,它可以进行宽波段大天区X射线巡天成像,具有独特的观测黑洞、中子星等高能天体多波段X射线快速光变的能力,并可以监视天空的高能爆发现象。“随着我国空间站逐步具备维护在轨航天器功能,建造中国版‘哈勃’太空望远镜的呼声也越来越高。”严俊说,立体化作战的望远镜集群,不仅将大幅提升我国在天文科学与技术方面的自主创新能力,还能广泛应用于导航、定位、航天、深空探测等领域。

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二十年“铸天镜”,开启射电天文学的“黄金时代”

天文学领域的技术看上去显得“高大上”,但实际上离我们生活却很近:射电天文学家在研究中的副产品WLAN技术,成了今天每个人生活都离不开的WIFI技术的前身;天文学类地行星的研究,让我们有了与“来自星星的你”交流的灵感……

“古有十年磨一剑,今有二十年‘铸天镜’。国家加大对天文观测设施的投入,是综合国力提升的体现,也是工业制造水平的缩影。”中科院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说。为了建造500米口径球面射电望远镜,我国天文学家等待了22年,研究和建设团队也从1994年以南仁东、彭勃为核心的5人小组扩展至上百人。

自主创新的同时,我国还参与多个国际合作的望远镜项目,包括世界上正在研制的两套新一代巨型望远镜——30米光学望远镜和平方公里阵射电望远镜。30米光学望远镜拼接主镜将具备9倍于当今最大望远镜的集光能力,图像分辨率也将比当前所能达到的最高分辨率高3倍。根据不同观测目标和方法,它的探测深度将是现有望远镜的10至100倍。

平方公里阵射电望远镜项目由两套先进的望远镜设备构成,一套是位于南部非洲的蝶形天线阵,另一套是位于澳大利亚的低频孔径阵列。蝶形天线阵由200面抛物面天线组成,看起来像“卫星锅盖”;低频孔径阵列由超过10万个偶极天线组成,看起来像“电视天线”。它们将被科学家用来观测宇宙“黑暗时代”,并搜寻地外文明的蛛丝马迹。中科院国家天文台副台长郑晓年说,天文学研究和天文设施都是开放的,先进的天文设施建起来了,就需要优秀的研究团队。国家天文台正千方百计吸引国内知名专家和学者,利用大射电等先进望远镜开展前沿科学和应用技术的研究,争取早出成果。

“过去国内天文观测条件有限,我国天文学科发展相对较弱。”严俊说,随着天文观测设施的丰富,国内著名高校正在加强天文学科的专业建设,今后还要强化高校与天文观测台站之间的合作。关键技术无先例可循、关键材料急需攻关、核心技术遭遇封锁……从预研到建成的22年时间里,我国老中青三代科技工作者克服了不可想象的困难,实现了由跟踪模仿到集成创新的跨越,也为更多人投身这项科学事业奠定了基础,点燃了人类向往太空的激情。

“从孩子第一次抬头看到星星那一刻,天文学其实就在他们心里埋下了种子。”李菂说,希望天文学课程将来可走进课堂,激发孩子们观察星空、探索宇宙的兴趣。“天文学的发展,是全人类认识宇宙的智慧结晶。未来20年是射电天文乃至天文学‘黄金时代’,不断增强的科技创新力,让我们拥有向宇宙更深处探索、实现前沿科学领域突破的信心。”彭勃说。

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