4月20日,揚子晚報報道了中國正在建造世界最大射電望遠鏡的消息。東南大學(xué)土木工程學(xué)院國家預應力工程技術(shù)研究中心副主任郭正興教授領(lǐng)銜的團隊,承擔著(zhù)最大望遠鏡施工階段的技術(shù)支撐?!白畲笸h鏡看起來(lái)就像口超級大鍋?!惫d透露,這口“大鍋”中的聯(lián)體強制對中基座,委托由湖北謝天祥測繪技術(shù)有限公司制作,此項目再過(guò)4個(gè)月就基本成型。
為何建在貴州?
1995年,我國天文學(xué)家提出了在喀斯特洼地中建造500米口徑球面射電望遠鏡的設想,并選址于貴州省黔南州平塘縣的大窩凼洼地。郭正興教授領(lǐng)銜的團隊,2011年參與到這個(gè)項目中。
據了解,望遠鏡項目的選址工作早在1994年就開(kāi)始了。中國科學(xué)院國家天文臺的南仁東教授提出利用喀斯特洼地作為望遠鏡臺址,開(kāi)始了為期10余年的預研究。
郭教授解釋?zhuān)x址貴州喀斯特地貌是因為那里有很多天然形成的天坑,剛好適合“鍋”狀的望遠鏡。山區人煙稀少,也不受射頻信號的干擾。四面環(huán)山的地形形成了天然的反射面,屏蔽了眾多人為信號的干擾。
此外,平塘縣位于貴陽(yáng)市160-170公里的距離,但是車(chē)程只要4個(gè)小時(shí),交通非常不便。郭教授指著(zhù)選址地的復原圖說(shuō):“原來(lái)這里有幾個(gè)住家戶(hù)。據說(shuō),這里有的姑娘一輩子都沒(méi)有出過(guò)這座大山?!惫淌诮忉?zhuān)x址附近是沒(méi)有基站的,也不允許使用手機。因為這些信號都要遠遠強于來(lái)自宇宙的信號。這里只能通過(guò)固定電話(huà)和外界聯(lián)絡(luò )。
像織漁網(wǎng)一樣“織”口大鍋
回憶起第一次看到望遠鏡施工地,郭正興教授依舊在感嘆,“乖乖,太大了?!?br/> 郭正興說(shuō),施工地點(diǎn)四面環(huán)山,中間凹陷下去。射電望遠鏡的形狀本身就像一口大鍋,剛好能穩穩地架在山中,“絕對是難度空前的項目?!?br/>郭正興說(shuō),當年有多個(gè)研究單位參與設計這架望遠鏡,有專(zhuān)家提議采用分離式技術(shù),就像孩子玩拼插游戲,把一塊塊材料組裝到一起。最終被采納的,是哈爾濱工業(yè)大學(xué)專(zhuān)家提出的“索網(wǎng)”方案,“也就是說(shuō),像編一張漁網(wǎng)一樣來(lái)造這口鍋?!?br/> 南京火車(chē)站、江寧體育場(chǎng)、河西會(huì )展中心、東南大學(xué)體育館等建筑,都是索結構的應用。郭正興教授領(lǐng)銜的團隊,在這方面有豐富的經(jīng)驗,這次他們的任務(wù)是織一張直徑達500米的網(wǎng)。
郭正興介紹說(shuō),望遠鏡項目的工程施工階段由國家天文臺牽頭,東南大學(xué)在該項目中作為技術(shù)支撐,“比以往任何一次都有挑戰?!?br/> 要用6000根“毫米級”鋼索
郭正興說(shuō),目前由滬寧鋼機承擔建造的環(huán)梁已經(jīng)合龍,“這是望遠鏡項目一個(gè)非常關(guān)鍵的節點(diǎn),環(huán)梁是這口鍋的支架?!?br/> 今年5月,即將進(jìn)入索網(wǎng)安裝階段,大約用時(shí)4個(gè)月。據了解,四面環(huán)山的地形使得施工的難度大大增加。郭正興曾住在施工現場(chǎng)的活動(dòng)板房,他用“毫米級”來(lái)形容望遠鏡項目的工程施工,“這些都是高精度的制作?!?br/> 郭正興表示,通過(guò)測算,編織這張大網(wǎng)需要由特殊材料制作的6000多根鋼索,為了防止材料變形,鋼索必須在恒溫室里制造。這是因為冬天制造的拉索和夏天制造的拉索因室溫不同長(cháng)度會(huì )有偏差。為此,制造方專(zhuān)門(mén)造了一間恒溫室生產(chǎn)拉索。
索網(wǎng)安裝和反射面面板鋪設都采用空中作業(yè),每根鋼索的位置測定后,偏差不能超過(guò)1厘米?!斑€會(huì )用上在南京長(cháng)江四橋建造中使用過(guò)的貓道技術(shù)?!惫d說(shuō)。
“變形鍋”能觀(guān)測任意方位
昨天,郭正興給揚子晚報記者播放了望遠鏡項目的宣傳片。
宣傳片里,6個(gè)支撐塔高高豎起,網(wǎng)格逐漸爬滿(mǎn)了“鍋”底,向上延伸“咬住”環(huán)梁,接著(zhù)反射面面板一圈一圈鋪滿(mǎn)索網(wǎng)的空隙,一張巨大的網(wǎng)就織好了。
織完巨網(wǎng),剩下的就是安裝接受宇宙信號的饋源艙。饋源艙由6根拉索連接6個(gè)饋源支撐塔懸吊于反射面面板之上。
模擬示意圖中,這口“大鍋”會(huì )動(dòng)。郭正興解釋說(shuō),望遠鏡最大的特點(diǎn)是索網(wǎng)結構可以隨著(zhù)天體的移動(dòng)自動(dòng)變化,帶動(dòng)索網(wǎng)上活動(dòng)的4400多個(gè)反射面板產(chǎn)生變化,足以觀(guān)測到任意方向的天體。同時(shí),饋源艙也隨索網(wǎng)一同運動(dòng),采集反饋信息。
這口500米口徑的大“鍋”,是口名副其實(shí)的“變形金鍋”?!爸锌圃簢姨煳呐_預期的使用年限是30年,測算出索網(wǎng)的變形次數是100多萬(wàn)次?!惫d說(shuō)。
最大射電望遠鏡可找外星人
我國建造的世界最大望遠鏡究竟有哪些功能?直徑達到500米又意味著(zhù)什么?
對此,郭正興解釋說(shuō),我國項目建成前,美國300米口徑Arecibo望遠鏡是世界最大。而我國的望遠鏡與之相比,綜合性能提高約10倍。
中科院國家天文臺射電部首席科學(xué)家李菂解釋說(shuō),我國的望遠鏡與美國望遠鏡都是整體固定在地面上,但我國望遠鏡500米半徑的球面是由4400多面主動(dòng)反射單元構成,這一個(gè)個(gè)小的反射單元可以進(jìn)行對焦,因此靈敏度可達Arecibo望遠鏡的2倍,巡天速度是它的10倍。與號稱(chēng)“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,中國的靈敏度提高約10倍。
李菂還表示,我國望遠鏡的一個(gè)目標是探測外星人,但這不是主要科學(xué)目標。和發(fā)現“上帝粒子”的設備一樣,我國望遠鏡的主要目標不是在短期內實(shí)現經(jīng)濟效益,而是要探測宇宙中的遙遠信號和物質(zhì)。比如宇宙中間的氣體、微波激光以及脈沖星,實(shí)現對宇宙物質(zhì)成分和演化歷史最基本的理解。
射電望遠鏡簡(jiǎn)介
射電望遠鏡由定向天線(xiàn)或天線(xiàn)陣、饋電線(xiàn)、高靈敏度接收機和記錄儀等部分組成。天線(xiàn)或天線(xiàn)陣將收集到的天體電波,經(jīng)過(guò)饋電線(xiàn)送到接收機上,接收機具有極高的靈敏度和穩定性,它將微弱的天體電波高倍放大后進(jìn)行檢波,再將高頻信號轉變?yōu)榈皖l形式記錄下來(lái)。