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月亮上打手机 灵敏的FAST也能听得一清二楚(图)

www.sinoca.com 2015-02-25  科技日报


  毫米精度

  FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里。不如此,就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构,要实现毫米级精度,是天文学家从未做过的。

  光确保钢结构不变形就是一大挑战。热胀冷缩效应无法忽视。南仁东指着钢架与边框相接处说,到了夏天,边框会比冬天外移30厘米。1.6公里长的巨大边框并不固定,而是“搁”在钢架上,它与钢架的接触面是一层平滑材料。这样即使边框胀缩,钢架也不会歪斜。

  FAST的天线锅呈现标准的球形,在工作时它会变形,在适当的位置形成一个300米直径的抛物面(只有抛物面才能聚焦信号,球面和抛物面差距最小,可以最方便地在局部形成抛物面)。FAST靠变形来转换天线方向。

  就像水手扯动缆绳控制帆的朝向一样,FAST拉扯索网来变形天线锅。FAST的钢索网,联系着边框以及2000多个天坑地表面上的小电机。这些电机配合动作,控制着钢索网的形状。整个变形过程,由激光定位系统校准。

  而在索网的上空,高高悬着一个类似于神舟飞船大小的馈源舱(信号接收单元),内设世界最精贵的接收器。这个接收单元内部,也有一个有六条伸缩腿的变形框架,负责把接收器放置在焦点上。30吨重的馈源舱,被六条400多米的钢索吊起,移动范围达200米,再求精度,谈何容易。

  框架、索网、接收器,每一部分的位移都要控制在毫米级,FAST才能正常工作。

  比起目前领先的“埃菲尔斯伯格”望远镜,FAST的灵敏度将提高10倍。这意味着,远在百亿光年外的射电信号,FAST也有可能听到。

  监听奇迹

  FAST建成后,天文学将注定有许多突破。

  首先,FAST能够发现更多的脉冲星。脉冲星是1967年发现,因为信号规律,开始被误认为是外星人发出的信号。现在普遍认为,脉冲星是一种高速旋转的中子星,就像海边的灯塔,旋转的光柱扫过地球。但也有一些证据似乎不支持灯塔模型。

  南仁东说:“现在我们侦测到的约2000颗脉冲星,全都是银河系内的。别的星系想必也有脉冲星。所以FAST会避开银河,对准别的星系,发现更多奇特的脉冲星,了解它是什么东西。”

  南仁东说:“我们很可能会发现一些前所未见的脉冲星现象,比如说一个脉冲星和一个黑洞结对,那么就可能产生突破性的理论。”FAST期望第一年就找到几十颗银河外的脉冲星。

  FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动。所谓中性氢,就是宇宙中未聚拢成恒星发光发热的氢原子,是一个质子加一个电子。本来从远处是看不到氢原子的,但质子和电子就像旋转的星球一样有磁极。如果电子磁极罕见地倒转了,一种波长为21厘米的微弱电磁波就跑了出来。

  监测21厘米波,不仅能判断出哪里存在大量的中性氢,还能通过波长微小变化,判断出这些氢原子在远离还是靠近我们。

  由此,FAST观测中性氢信号,就能获知星系之间互动的细节,还可能发现早期宇宙中刚刚形成的氢是怎么运动的,从而为宇宙发育史提供线索。类似的道理,FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,让我们更精确地描绘出宇宙图景。

  如果幸运,FAST还将尝试接收外星文明的电波。如果一二十年后,外星人有意无意释放的信号被地球收到,那肯定是FAST的功劳。

  绝对安静

  在中国有人烟的地区,大窝凼附近算是电波稀少的了。我们路过附近的另一个凼——钻过几百米的漆黑山洞,突现一座世外桃源。天坑底部种着蔬菜和庄稼,几栋木房子,狗吠鸡鸣之外,万籁无音,令人心旷神怡。这里不通电线,最近一个乡镇在5公里外。

  射电望远镜正需要这么一处静土。贵州省政府2013年出台法令,在FAST周围设立一个5公里无线电静默区,30公里内不允许有干扰设施。附近的农民将为此搬迁。

  在距离FAST项目8公里的地方,散布有大小12个天坑组成的世界上最大的天坑群,其深度均超过300米以上,被称为“天坑博物馆”。贵州政府期望结合天坑和天文景观,“打造国际天坑天文旅游目的地”。

  而科学家们希望减少周边人类活动,避免电波风险。最灵敏的天线相当于最娇弱的耳膜,轻声耳语对它无异于大喊。南仁东说:“月亮上打手机,FAST也能听得一清二楚。”

  不要说用手机,就算是附近使用电器,或者几十公里外有飞机向地面发送信息,在FAST那里会造成一场电磁风暴。

  因此,未来在FAST现场工作的科学家控制使用电器。FAST的监听中心设在两道山以外。FAST获取的信号通过光纤传输到监听中心,再传送到外界,全程不能用无线装置。

  南仁东说,如果说FAST还有让人不放心之处,就是今后附近能否保持绝对电波静默。 加拿大华人网 http://www.sinoca.com/



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