“中國天眼”FAST望遠鏡有多牛？中科院姜鵬抖音直播科普天文知識
“中國天眼”FAST望遠鏡的建成，代表著我國天文觀測與研究水平站上新臺階。但你真正了解過這臺望遠鏡的前世今生嗎？在中科院打造的《科學公開課》抖音系列直播中，中科院姜鵬帶領(lǐng)網(wǎng)友探秘了“逐漸睜開的中國天眼”，了解世界上最靈敏的射電望遠鏡的建設(shè)歷程。
姜鵬現(xiàn)任中國科學院國家天文臺研究員、博士生導(dǎo)師，“中國天眼”FAST總工程師，主要研究方向為射電天文技術(shù)與方法，全面負責FAST望遠鏡調(diào)試、運行和維護的相關(guān)技術(shù)工作。在2月17日和2月19日兩晚的抖音直播中，姜鵬從天文學歷史說起，介紹了射電天文學的誕生和修建中國天眼FAST的原因，接著詳細講述了建造中國天眼FAST面臨的挑戰(zhàn)、取得的成果等。兩場直播，累計在線觀看人數(shù)達13萬。
“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙。”直播一開始，姜鵬介紹，伽利略用荷蘭人發(fā)明的望遠鏡第一次向太空瞭望標志著近代天文學開始，人類第一次知道月球并不是非常完美的圓球體，基督教的“地心說”也未必是不變的信條。而太空望遠鏡哈勃發(fā)射，打開了一扇新視野的窗戶，人類看到了更稀有的天文學現(xiàn)象，如子彈在星系間相互穿行而過時出現(xiàn)的不發(fā)光的暗物質(zhì)、哈勃超深空場積分照相后留下的密密麻麻的星系等。
姜鵬介紹，央斯基通過旋轉(zhuǎn)木馬天線的監(jiān)測，找到了有線電話受到干擾的穩(wěn)定、暗弱的另一個干擾源，并猜測其來自于銀河系中心的射電輻射，后來雷博打造了人類有史以來真正用于天文觀測的射電望遠鏡，并印證了這個想法。從此，以光學為傳統(tǒng)的天文學翻開新的一頁，射電天文學誕生。在這種無線電天文學里，人們通過無線電波段去了解太空。
談及衡量望遠鏡的兩個指標靈敏度和分辨率時，姜鵬舉例說，幾公里外有幾根蠟燭，能不能看見光輝的存在是由靈敏度決定的，能看清楚是一根還是兩根是由分辨率決定的。如果要達到同樣的分辨率，就意味著射電望遠鏡的口徑要做到光學望遠鏡的上百萬倍，而這并不現(xiàn)實。即使后來在某一個方面做一些探索性發(fā)現(xiàn)，證明了銀河系是漩渦狀星系，但依然未解決分辨能力的問題。最后，雷達工程師馬丁利用綜合孔徑成像技術(shù)大幅提高了望遠鏡的分辨能力，也因此獲得諾貝爾獎。
望遠鏡的發(fā)展歷史，是追求靈敏度的歷史。從第一個9.47m的雷伯望遠鏡開始，一直到今天，更大口徑的望遠鏡一直都是科學家永無止境的追求，因為它對擴展可觀測樣本數(shù)量、回溯宇宙發(fā)展的歷史具有非常重要的作用。怎么才能建造出比阿雷西博更大的望遠鏡呢？姜鵬由此引出了建造中國天眼FAST的原因。
FAST是一個全新的概念，可以解釋成一個拋物面跟球面的機緣巧合。姜鵬進一步解釋說，先建一個基準球面，放一群微小的驅(qū)動裝置，只需要微微地改變0.47m，就會在它的局部區(qū)域形成一個300米的拋物面，余下的問題就是如何把接收機以正確姿態(tài)放在拋物面焦點上就可以了。在完成找一個合適“眼窩”臺址、反射面艱難的“取舍”、饋源支撐的循序漸進這三件事后，才能真正地把概念做成望遠鏡。
FSAT究竟有多大？——如果把它想象成一口大鍋，那么全世界每人可以分4瓶礦泉水。姜鵬告訴大家，F(xiàn)SAT是一套復(fù)雜耦合的系統(tǒng)，其歷時五年半的工程建設(shè)之路其實十分坎坷，后期的調(diào)試工作也極具挑戰(zhàn)。
在建設(shè)FSAT過程中，科學家們進行了建國以來最大規(guī)模的一次疲勞實驗，失敗近百次。其中，包括實施非傳統(tǒng)的施工方案如滑移頂推技術(shù)、纜索吊技術(shù)，建立力學模型實時模仿索網(wǎng)動作，解決反射面的安全問題等。再加上復(fù)雜系統(tǒng)功能性的整合、500米尺度下視覺上嚴絲合縫的精度、不可思議的人工挖孔樁……終于使得中國天眼在國際上具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，也在射電望遠鏡發(fā)展歷史上留下了中國人濃墨重彩的一筆。
已經(jīng)運行兩年的FSAT帶我們看到了許多代表性科學成果——首次揭示了快速射電暴爆發(fā)率的能譜特征及特征能量，星際介質(zhì)及恒星形成研究、脈沖星研究等。姜鵬稱，F(xiàn)SAT“多出成果”階段已經(jīng)開啟，其在未來還可能幫助國家建立自己的碎片通量模型、自主可控時間基準體系等。
最后，姜鵬總結(jié)了FAST團隊的理念，“不能忘記的初心：做一臺好用的望遠鏡；對未來的美好愿景，希望未來我們能用好這個設(shè)備。”他告訴大家，團隊的尊嚴勝于一切，未來舞臺中心一定是科學家的，“希望大家還能記得這個100多人的團隊為這個項目付出了20多年的青春。”
據(jù)悉，《逐漸睜開的中國天眼》是中科院《科學公開課》系列直播中的一期。該節(jié)目于1月25日起，每周二、四、六晚8點在抖音直播，其精彩內(nèi)容還將以頻道合集形式納入抖音青少年模式，激發(fā)更多青少年興趣。在寒假期間，抖音還發(fā)起“寒假充電計劃”，該活動聚合了故宮知識課堂、中科院《科學公開課》、北大等名校公開課、知識合集等寶藏內(nèi)容。用戶在抖音搜索“寒假充電”即可看到活動頁面，瀏覽和收藏感興趣的知識內(nèi)容，預(yù)約直播。
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