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传感器技术在射电望远镜运行中起重要作用

2017-04-12

尽管目前正在经历的财政紧缩比预期要长,但仍有相当大的投入被应用于探索澳门新莆京周围的宇宙,以及人类的起源等科学研究项目。例如,位于欧洲日内瓦郊外,花费超过十年时间建造的大型强子对撞机(the Large Hadron Collider)最终得以实现全部功能。该巨型粒子物理项目已经花费了大约45亿欧元。与此同时,“漫游者”号火星探测器(Mars Rover)的探险活动还在持续,以继续寻找距离澳门新莆京最近的邻近星球可能会有水存在的迹象,有水存在那里也可能有生命。

另一个目前已接近完成、非常令人激动的科学项目,是中国的500米口径球面射电望远镜(FAST)。该巨型射电望远镜正在中国西南部贵州省的一个偏远地方组装,这一科学奇迹的建设预计在完成时将花费超过1亿欧元。

射电望远镜依靠一个反射面(reflective dish)来收集信号,它会把所有的入射无线电波都聚焦在焦点(zenith)处。500米口径球面射电望远镜,顾名思义会有500米直径反射面。一旦待它在2016年中完成时,将成为世界上最大的射电望远镜,远远大于目前最大的位于波多黎各(Puerto Rico)阿雷西博天文台(Arecibo Observatory)的305米口径射电望远镜,FAST也将是有史以来建造的最灵敏射电望远镜,比阿雷西博天文台的灵敏度要高出3倍多。这意味着FAST将能够接收到距离超过70亿光年的无线电信号。

由于FAST巨大的整体规模,有必要使用现有的自然地貌条件。该射电望远镜有一个面积接近1平方公里的总反射面,如果采用传统的射电望远镜设计,将需要支撑总重量为11000吨的反射面。因此,FAST射电望远镜是在一个超过800米宽的广阔山谷盆地内建造,而不是一个随处可建的设施。在这种情况下,反射面将来自太空的频率范围从300MHz到5.1GHz的无线电波聚焦到接有许多电缆的接收器。为了调节聚焦点,这种设计可使接收器利用电缆在反射面的焦平面移动。但当选择在哪里建造FAST时,确定一个合适的山谷盆地并不是需要考虑的唯一地理因素。由于FAST选择建在远离最近的大城市170公里远的地方,无需考虑太多无线电污染,接收到的数据不会被明显的干扰源影响。

与大型强子对撞机非常类似,FAST也需要长时间的筹划建造,需要一个巨大的工程计划。这一天文研究设施最初规划始于1994年,山谷盆地的早期开挖开始于2012年初,同年后期开始建设。FAST的规模几乎比最大的常规射电望远镜(如在英国Jodrell Bank的Lovell望远镜,以及在美国西弗吉尼亚州的Green Bank)大几乎一个数量级。由于FAST抛物面反射镜尺寸巨大,并且被建造于一个山谷中,不能够被移动,而以往的射电望远镜却是可以移动的。FAST采用了另一种全新的方法使其反射面调整方向以便可以研究宇宙的特定区域。FAST反射面并不是一个单一的固定结构,而是包含了4450个三角形铝板的集合体,每一个三角形铝板都可以单独通过自身的马达系统调整移动,这意味着反射抛物面可以朝向不同的方向。

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