什么是“中国天眼”？“中国天眼”有多大？你能看到多远？迄今为止已发现多少颗脉冲星？这是什么意思？FAST总工程师姜鹏为人民日报撰文，为您一一解！
2021年3月31日，“中国天眼”正式向全天文学家开放。什么是“中国天眼”？它是我国具有自主知识产权的用于空间探测的单口径面射电望远镜。这将加速对深空的认识和探测，为天文学的发展提供新的可能性。
“中国天眼”有多大？它的直径为500m，发射面积相当于30个标准场。如果用瓶装水装满，全70亿人平均每人可喝4瓶。你能看到多远？它可以看到超过130亿光年的区域，接近太空边缘。目前，“中国天眼”是世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜。
了解抛物面天线的原理并聆听地从太空发送的信号。
中国天眼的学名是500m射电望远镜。与通过可见光进行观察的典型光学望远镜不同，射电望远镜通过接收来自宇宙的不可见无线电波来“观察”宇宙。我们头顶的浓厚大气层中有两个“窗口”。一是人类千百年来观察宇宙的可见光窗口，二是射电窗口。它是射电天文学先驱卡尔扬斯基(KarlJansky)在20世纪30年代偶然发现的。来自银河系中心的信号拉开了射电天文学的帷幕，促进了人类对宇宙起源和生命起源的认识。
“中国天眼”是当今射电天文学的“重要工具”。其基本原则是什么？我们都知道，平行电磁波遇到抛物线反射后会聚到一个焦点。就射电望远镜而言，可以通过将反射面制成抛物线形状并将接收器放置在焦点位置来收集从天体发射的电磁波信号来进行天体观测。抛物线的面积越大，可以收集到的信号越多，可以探测到更微弱、更远的物体。因此，自从卡尔扬斯基偶然发现射电天文观测窗以来，许多国家的天文学家都集中精力建造反射面尽可能大的大型射电望远镜。
同时，随着人类大规模使用无线电，产生越来越多的无线电波，干扰人类对空间信号的接收。在1993年的射电大会上，包括中国在内的许多国家提出了在地电磁环境被破坏之前建造超大口径射电望远镜的计划。次年，以南仁东老师为代表的中国科学家开始探索“中国天空之眼”，踏上了“让不可能成为可能”的旅程。
这很困难，也有很多突破。《中国天眼》情感达到巅峰。
望远镜的大小将取决于最终发现的凹陷的大小。找到合适的凹陷是非常困难的，因为必须同时满足四个关键条件。首先，它必须足够大和圆，否则这个项目将因开挖和支持费用而无法进行；其次，它必须远离人口稠密的地区，以保证良好的繁殖环境；第三，它不能有积水；设备的寿命难，最后还要有优良的地质条件，否则无法建造大规模、高精度的天文观测设备。
从1994年到2006年，南仁东带领团队从8000多张地图中筛选出300多个坑洞，并将范围进一步缩小到几十个。该团队几乎走遍了大萧条地区，进行实地考察并在户外睡觉。最终选址在贵州省平塘县科都镇倒荡洼地地区。
一旦确定了站点，就没有现成的经验可以借鉴如何设计、实施、调试和使用它。从头开始研发关键技术和核心材料，尚无先例。
“中国天眼”的设计与世界上现有的单口径射电望远镜不同，这一点首次体现在“视网膜”和“瞳孔”的设计上。“视网膜”是指反射面，“瞳孔”是指包含接收来自宇宙外部信号的系统的供应室。
“中国天眼”的“视网膜”是全首次，是一个可以改变形状的主动反射面，有时呈体，有时呈抛物面。具体来说，这个巨大的移动“视网膜”是一个由6,670根钢索组成的索网，悬挂在直径500米的环梁上，由50根巨大的钢柱支撑。反射面单元和索网下方有2,225根下拉电缆，每根下拉电缆都固定在地面上的致动器上，当致动器启动并拉动下拉电缆时，电缆网的形状变化。收集和观察天文信号。
“中国天眼”的“瞳孔”是饲料舱，其设计也大胆而开创性。大多数现有射电望远镜的“瞳孔”位置是固定的或仅可稍微调节。“中国天眼”则完全不同。采用新型轻型缆索驱动控制系统，“中国天眼”的“瞳孔”可以自由变换角度和位置，更有效地采集、跟踪和监控。更丰富的宇宙电磁波。
从体积上看，此前世界最大射电望远镜的饲料舱重达1000多吨，而“中国天眼”饲料舱仅重30吨左右。小尺寸带来了很多优点，比如有效减少光路阻碍，减少干扰信号，使光束非常干净，更有利于天文观测。
“中国天眼”设计的突破性创新给制造“从图纸到现实”带来了巨大挑战。接受挑战的过程，也是国产精工不断创造奇迹的过程。例如，要实现世界上第一个可以改变形状的反射器的设计，组成电缆网络的钢索必须具有一定程度的弹簧般的弹性，并且疲劳强度必须至少是钢索的两倍。反射器。现有的标准在世界上是前所未有的，每根钢索必须具有弹性，钢索的加工精度必须达到1毫米，这将现有的标准提升到了另一个水平。
两年来，科学家们不断从各个方面改进索体技术，钢索要经过200万次疲劳测试。经过近百次失败，我们终于成功解决了这一关键题，实现了超大跨度、超高精度、主动位移索网结构三个世界第一。
建设完成后，“中国天眼”将进入调试阶段。大型望远镜的调试涉及天文、测量、控制、电子、机械、结构等多个领域，是一项强大的跨学科应用研究。世界传统大型射电望远镜的调试周期很少低于4次。年龄。“中国天眼”打造了新模型，调试任务也变得更加艰巨。
目前已实现跟踪、漂移、运动扫描、编织扫描等，并提前完成功能调试。在性能调试方面，“中国天眼”直径达500米，但要达到毫米级精度难度很大。目前，望远镜测量标准网精度已提高到1毫米以下，灵敏度水平是世界第二大望远镜的25倍，使中国制造的望远镜首次取得领先。灵敏度参数的高度。另外还安装了19根横梁，意义重大。该望远镜的视场可扩大到原来的19倍，大大提高了望远镜的测量效率。
“中国天眼”专利技术已应用于各个领域，不断创造新的科学成果。
“中国天眼”团队敢于尝试困难和挑战的思想和行动。设计和施工过程不仅是一个克服困难的过程，也是一个不断产生创新成果的过程。我国创造并应用了众多具有独特知识产权的专利技术。例如，大型场馆采用超高疲劳性能钢索结构，港珠澳大桥建设采用高精度索结构生产系统。
在整个制作和安装过程中，还产生了许多民族和地方的施工方法。比如，在铺设“中国天眼”的“视网膜”过程中，4450个反光单元、6670根钢索、数万个关节轴承被工人一一组装起来。在数十米海拔高度零误差完成。这种复杂的施工方法将有助于将来精确地建造大型复杂的项目。
“中国天眼”可以说是现代工程的奇迹，它是20多个科研机构、数百名科研人员、数千名一线工人的汗水的凝结。由于施工条件艰苦，很多人在工地上干了几天后，全身都起红疙瘩。潮湿寒冷的工作场所没有空调、没有暖气，每个人的被子都湿透了、漏水。人们常说，只有中国才能造出“天眼”，但我相信，造出“天眼”就靠这种团结、不放弃的精神。
2017年10月，“中国天眼”首个科学成果发布。目前，基于“中国天眼”数据的高质量论文已发表70余篇，发现的脉冲星数量已超过300颗，是同期所有其他望远镜发现数量的三倍。为什么脉冲星的发现很重要？脉冲星是密度极高、快速旋转的中子星，每立方厘米重达数亿吨。它像灯塔一样散射光线，时刻扫描着宇宙，自转速度非常快，自转周期精确，是宇宙中最精确的时钟。因此，捕获脉冲星将有助于建立“太空导航系统”，帮助人类实现未来星际旅行的梦想。
下一步，“中国天眼”将在低频引力波探测、快射电爆炸起源、星际分子等前沿方向进一步加大探索力度，加强国内开放共享，取得重大成果，勇于探索。达到世界科学技术的顶峰。我们年轻一代的科学家也将努力利用凝聚了中国第四代科学家心血的“天眼”，产生更多的科研成果，推动人类对宇宙的探索和认识。
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