亞洲zui大射電望遠(yuǎn)鏡有哪些特異之處？

亞洲*的上海65米射電望遠(yuǎn)鏡

這個(gè)口徑65米，重達(dá)2700噸的龐然大物，其相當(dāng)于8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)的主反射面精度誤差卻不超過(guò)0.3毫米，并能在1分鐘內(nèi)完成不同觀測(cè)波段的轉(zhuǎn)換——10月28日，由*公司研制的直徑65米射電望遠(yuǎn)鏡在上海天文臺(tái)啟用。作為我國(guó)目前口徑zui大、波段zui全的一臺(tái)可動(dòng)的高性能射電望遠(yuǎn)鏡，其總體性能僅次于美國(guó)的110米射電望遠(yuǎn)鏡、德國(guó)的100米射電望遠(yuǎn)鏡和意大利的64米射電望遠(yuǎn)鏡，為亞洲zui大、*四。

盡管這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡剛剛投入使用，但早在建設(shè)階段，就已經(jīng)引起世界天文學(xué)界的關(guān)注。*院士、天文學(xué)家葉叔華對(duì)它的啟用更是寄予厚望：“這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將在射電天文、天文地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)等多種學(xué)科中成為我國(guó)乃至世界上一臺(tái)主干觀測(cè)設(shè)備，并做出*的科學(xué)成果。”

射電天文學(xué)及射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)軔于上世紀(jì)三十年代，并在二戰(zhàn)后得到快速發(fā)展。自1931年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用天線陣接收到了來(lái)自銀河系中心的無(wú)線電波后，通過(guò)接收天體的射電波來(lái)測(cè)定遙遠(yuǎn)天體構(gòu)成的射電望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始受到關(guān)注。今天已經(jīng)被大家所熟知的脈沖星、類(lèi)星體、宇宙微波背景輻射和星際有機(jī)分子等的發(fā)現(xiàn)，均與射電望遠(yuǎn)鏡的進(jìn)步有關(guān)。“建設(shè)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，被*是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。”中國(guó)電科集團(tuán)黨組書(shū)記樊友山表示，“這臺(tái)65米射電望遠(yuǎn)鏡的落成，標(biāo)志著我國(guó)天文科學(xué)領(lǐng)域又一重要的科學(xué)工程即將投入使用，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將十分重大。”

這臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡到底有什么“特異”之處？通過(guò)一組數(shù)字或可初見(jiàn)端倪。

數(shù)字之一：65米與100億光年
靈敏度和分辨率是衡量望遠(yuǎn)鏡性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。加大天線直徑、增大天線接收面積，是提高射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度和分辨率的重要手段之一。此次落戶(hù)上海天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡，由于擁有超大直徑，從距離上看，將能觀測(cè)到100億光年以外的天體，這將有助于人類(lèi)解答諸如宇宙大爆炸后的恒星和星系起源、宇宙中的暗物質(zhì)如何發(fā)揮作用等有關(guān)宇宙的深層次問(wèn)題，并顯著提升我國(guó)天文觀測(cè)研究的整體實(shí)力和地位。

不僅如此，“這臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡在航天工程的應(yīng)用中，可以作出更大貢獻(xiàn)。”國(guó)家探月與航天工程中心總設(shè)計(jì)師吳偉仁說(shuō)，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將直接應(yīng)用于我國(guó)正在進(jìn)行的探月工程三期定軌和定位任務(wù)，未來(lái)將開(kāi)展的火星探測(cè)以及各項(xiàng)深空探測(cè)任務(wù)，它的建成將進(jìn)一步提升我國(guó)深空測(cè)定軌能力，滿(mǎn)足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。

數(shù)字之二：3318平方米與0.1毫米
這臺(tái)直徑65米的射電望遠(yuǎn)鏡，架設(shè)高度70米，有近30層樓那么高，重量達(dá)2700噸，氣勢(shì)恢宏、十分壯觀。其天線面積有3318平方米，相當(dāng)于8個(gè)籃球場(chǎng)大小。而天線主反射面由14圈共1008塊高精度實(shí)面板鋪成。專(zhuān)家表示，“每一塊面板，大約與一塊雙人床的面積相仿。這樣一塊一塊拼裝成這個(gè)龐然大物，而且還要超級(jí)精密——天線面精度的變形誤差不超過(guò)0.3毫米，也就是我們平時(shí)使用的一張卡的厚度。”

“在工作時(shí)，受天線俯仰角度、溫度、風(fēng)等因素的影響，望遠(yuǎn)鏡不可避免會(huì)產(chǎn)生變形。65米射電望遠(yuǎn)鏡就好像一把手電筒，如果這個(gè)手電筒發(fā)生輕微的偏轉(zhuǎn)，那么遠(yuǎn)方的目標(biāo)就會(huì)發(fā)生很大距離的偏差，影響天線系統(tǒng)接收效率，特別是高頻段的效率。為了保證它的精度，主反射面的安裝采用了的主動(dòng)反射面技術(shù)，在面板與天線背架結(jié)構(gòu)的連接處都安裝了精密調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為促動(dòng)器，共計(jì)有1104個(gè)。”相關(guān)研制人員介紹說(shuō)，“為了保證高精度指向，直徑42米的方位軌道采用了無(wú)縫焊接技術(shù)，焊接精度為0.1毫米，也就是一根頭發(fā)絲的直徑！”

“整個(gè)65米射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到建成僅用了不到4年的時(shí)間。”項(xiàng)目總指揮涂天杰介紹說(shuō)，“所有核心技術(shù)*是中國(guó)電科54所自主，而其關(guān)鍵技術(shù)就有一百多項(xiàng)，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了*水平。”

數(shù)字之三：8頻段與1分鐘
“接收機(jī)把從天線傳來(lái)的無(wú)線電波轉(zhuǎn)變成能用儀器記錄的信號(hào)或?qū)o(wú)線電波進(jìn)行拍照。”研究人員介紹說(shuō)，“這臺(tái)65米射電望遠(yuǎn)鏡的工作波長(zhǎng)從zui長(zhǎng)20厘米到zui短7毫米，共有8個(gè)頻段。一個(gè)籃球場(chǎng)大小的天線接收到的全部無(wú)線電波都被收集到一個(gè)花瓶大小的關(guān)鍵裝置中，這就是天線的心臟。”這對(duì)“心臟”的高精度要求顯而易見(jiàn)，同時(shí)，也正是由于其工作波段多、工作頻率高、接收頻帶寬，那些宇宙深處的奧秘才有可能得以窺見(jiàn)。

就像照相機(jī)拍攝不同距離的物體需要調(diào)整焦距一樣，觀測(cè)太空中的不同目標(biāo)也需要運(yùn)用不同波段。這臺(tái)65米射電望遠(yuǎn)鏡能夠通過(guò)副反射面偏轉(zhuǎn)或由一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)換饋源來(lái)實(shí)現(xiàn)快速更換觀測(cè)波段，更換時(shí)間能夠小于1分鐘。這樣能大大提高捕捉太空信號(hào)的效率和準(zhǔn)確度。

“這臺(tái)65米射電望遠(yuǎn)鏡將在射電天文、天文地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)等多種學(xué)科中成為我國(guó)乃至世界上一臺(tái)主干觀測(cè)設(shè)備，做出*的科學(xué)成果。”它的總設(shè)計(jì)師、中國(guó)電科集團(tuán)的杜彪信心十足。據(jù)測(cè)算，如將該射電望遠(yuǎn)鏡加入與其他相關(guān)射電望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)網(wǎng)使用，“該望遠(yuǎn)鏡作為一個(gè)單元參加中國(guó)VLBI網(wǎng)，靈敏度將提高42％；參加歐洲VLBI網(wǎng)，將使其靈敏度提高15％到35％。”

“當(dāng)今世界日新月異，深空探測(cè)和太空開(kāi)發(fā)利用方興未艾，太空領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)或?qū)Q定一個(gè)國(guó)家的未來(lái)。”樊友山表示，未來(lái)，中國(guó)電科還將在國(guó)內(nèi)陸續(xù)建設(shè)新疆110米天線、貴州500米天線，積極參與天文科學(xué)領(lǐng)域平方公里陣（SKA）的研制建設(shè)。