贵州建世界最大射电望远镜 可探外星人发送信号

投资7.3亿元、世界迄今最大单口径射电望远镜FAST工程,2008年12月26日在贵州省平塘县一片名为“大窝凼”的喀斯特洼地中正式启动,预计工期5年半。 

 

  

 

  

抬望“眼”

如果射电望远镜足够大,那么就连外星人的电视信号都探测得到:假如外星人真的存在而且爱看电视的话。

4年前,在美国佛州奥兰多市举行的“光学工程国际协会”研讨会上,一位天文学家说:“从理论上说,如果外星人的确有电视节目的话,只要将足够大的射电望远镜对准外星人的星球,就能够接收得到。而如果真的接收到从遥远星际发送来的信号,必将为宇宙中存在生命提供直接而有力的证据。”

这个科幻梦想或许将在中国率先实现。

投资7.3亿元、世界迄今最大单口径射电望远镜FAST工程,2008年12月26日在贵州省平塘县一片名为“大窝凼”的喀斯特洼地中正式启动,预计工期5年半。

在贵州“筑巢引凤”,是为了争取国际最大规模的射电望远镜合作计划来华。中科院院士、原国际天文合会叶叔华不久前在上海科技馆演讲时透露。

据他介绍,1993年,国际无线电科盟中10个国家提议合作造一个最大的射电望远镜,要求望远镜的接受面积是一平方公里,该科学项目名为SKA。目前,全球至少有6个国家提出了相关方案,包括南非、澳大利亚等国。SKA计划究竟“花落谁家”,今年有望揭晓。

按照规划,SKA将于2020年建成。一位天文学工作者笑称:“如果说2020年能收看外星频道,那么2019年就该播出预告片了吧。但是,我们还需要一个。”

实战场面的激动人心或许不亚于科幻畅想。

2009年9月9日,贵州省政府与中科院现场会商,就征地拆迁安置、进场道路、望远镜协调区保障、高速公路规划等问题取得共识,倒推工期确保高效建设。

人类“天眼”开在中国贵州

自20世纪30年代美国贝尔实验室的杨斯基开创射电天文学以来,近代天文学重大发现均基于此。这些发现已经造就了三个诺贝尔物理学奖。FAST这个21世纪的射电望远镜,又将带来什么?

国际天文学会第十部、国家射电望远镜项目首席科学家南仁东博士告诉《望东方周刊》:“人类的梦想之一,就是在电波环境彻底破坏之前,真正看一眼初始宇宙,弄清宇宙结构是如何形成和演化的。只有大射电望远镜才能帮助人类实现这一梦想。”

他解释说,光和广播电视信号都是以光速传播的电磁波,区别只在波长。千百年来人类只是通过可见光波段观测宇宙,而实际上天体的辐射覆盖整个电磁波段。射电望远镜是接收天体射出的无线电波的望远镜。

然而,天体辐射的电磁波极其微弱,70年来所有射电天文望远镜收集的能量,甚至翻不动一页书。 所以,科学家希望拥有更大的射电望远镜,原因很简单—望远镜越大,“看”到的越多。

目前世界上最大的射电望远镜位于波多黎各,直径305米。此次建造的500米口径射电望远镜,接收面积相当于30个足球场大小,外形与卫星天线相似,与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高了10倍。与被评为“人类20世纪十大工程”之首的美国300米望远镜相比,综合性能提高了约10倍。FAST建成之后,将保持世界领先地位二三十年。

中国科学院国家天文台FAST工程办公室副主任张海燕介绍说,FAST作为一个多学科基础研究平台,有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘,观测暗物质和暗能量,寻找第一代天体。能用一年时间发现数千颗脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;有希望发现奇异星和夸克星物质;发现中子星—黑洞双星,无需依赖模型精确测定黑洞质量;通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波;发现高红移的巨脉泽星系,实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破;还可用于搜寻识别可能的星际通讯信号,寻找地外文明等。

天然“锅架”好架“锅”

如一个巨型天坑的大窝凼,是隐藏在贵州群山深处的一片天然洼地,这里只居住着12户人家。在当地生活了68年的杨朝礼老人做梦也没想过,这个让全世界天文学家心潮澎湃的能寻找“外星人”的神秘大家伙,居然要“落户”在这里。

为了确定这处独一无二的大射电望远镜探测基地,自1994年提出项目建设规划后,科学家们苦苦搜寻、反复论证研判了近10年才得以确认。

2005年夏,国际射电望远镜项目选址委员会成员从阿姆斯特丹乘飞机抵达上海,转乘火车到贵阳,再乘汽车来到贵阳以南约170公里的大窝凼。

“这是一个种植水稻的村子,绿色的小块田地紧凑地排列着,”委员会成员罗伯。米勒纳在他的博客中描写道,“景色令人敬畏!”

不难理解,一个500米口径的“大锅”要在支架上转动起来是多么困难。目前世界上最大的能转动的射电望远镜是德国的100米镜。 利用自然地形作为支撑,建设不能转动的大型射电望远镜能够巧妙地解决这个问题。

曾跟随科考人员多次实地考察的平塘县委宣传部主任徐先文告诉本刊:“大窝凼的三座青山呈等腰三角形,三角形中间的洼地就是FAST将要落地的地方。三座山峰每峰间距离是500米左右,形成一个天然‘锅架’,可以将FAST这口‘大锅’稳稳架在上面!望远镜建成后将会填满整个山谷。”

米勒纳等人还有一个很重要的任务,就是考察这里的无线电环境。“一轮观测需要连续4周每天24小时不间断地进行。”国家天文台的研究人员说。在米勒纳等人离开后,我国的工作组还要在这里进行至少一年的无线电环境观测。

调频电台、电视、手机以及其他无线电数据的传输,都会对射电望远镜的观测造成干扰,就好像在交头接耳的会议上你无法听清发言者的话一样。

来中国之前,米勒纳先去了南非,离开中国后,他又先后去了澳大利亚和阿根廷。这三个国家都提出了适合建设大型射电望远镜的台址,它们在同中国竞争。选址工作组将四国的候选台址考察一遍,就花费了一年时间。

台址需有一个半径5公里的“核心区”,这里不能有手机信号,观测频段不允许受到干扰。还有半径150公里的“协调区”,对无线电环境也有要求。在四个备选地点中,大窝凼的电磁环境不是第一就是并列第一。

为了保持得天独厚的电磁波环境,贵州省无线电管理局在FAST项目研究之初,就以大窝凼为中心,规划了半径150公里范围的射电天文保护区,以大窝凼为中心,方圆5公里范围之内严禁设置任何无线电发射设备。

在澳大利亚,政府在西部设立了一个25平方公里的“射电天文公园”,这里是澳大利亚希望能够兴建大型射电望远镜的地方。

这场国家间的竞赛有点类似选秀节目。中国大窝凼以得天独厚的地理、地质条件和极端宁静的自然条件,成功晋级。

“大窝凼不仅具有一个天然洼地可以架设望远镜,而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透,而不在表面淤积,腐蚀和损坏望远镜。”张海燕说。

FAST将把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒,成为国际上最精确的脉冲星计时阵,为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。它可以作为被动战略雷达为服务,还可服务于太空天气预报。

FAST研究涉及众多高科技领域,如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域,如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。

FAST的建设经验,将对我国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生影响。

“中国眼”高手林立

近年来中国天文望远镜发展迅速,进展频频令世界瞩目。除了FAST,还有许多在建或新近投入使用的中国望远镜,将分担人类探索宇宙的任务。

光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息,这些光线就如同生物体的DNA,标识着天体的组成成分及与我们的距离。然而,迄今记录下来的数以百亿计的各类天体中,只有很小一部分进行过光谱观测。

今年6月正式通过国家竣工验收的我国自主研制的LAMOST—大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,作为目前国际上天体光谱获取率最高的望远镜,将突破天文研究中的这一瓶颈。这台巨型望远镜上面安装了十几台极高分辨率的数码照相机,可以把天体的光谱拍摄下来。科学家们不仅可以了解天体的化学构成,而且可以知道天体内部包括温度、密度、压力在内的物理条件,以及它们的运行速度和与地球的距离。

天文学家们给这台望远镜的作用定了一个目标,在未来五六年间,做1000万个天体的光谱—人类至今只记录下了100多万条天体的光谱,而LAMOST将在今后5年中,将这个记录提高一个数量级!

南极内陆最高点冰穹A气候条件恶劣,被称为“人类不可接近之极”,但该处拥有最好的大气透明度,非常适合建立天文观测基地。所以,中国第24次南极科考的最主要任务,是在冰穹A开展天文台址综合考察,并安装我国首架小型光学望远镜阵CSTAR进行天文观测。2008年8月,CSTAR成功观测南极星空,并开始向国内传回图像信息。

安装在国家天文台明安图天文基地(台址在内蒙古锡林郭勒盟正镶白旗明安图镇)的射电频谱日象仪,于2008年9月举行了奠基仪式,它将负责给太阳做“快速CT”,在揭示太阳活动中的能量释放和粒子加速等基本物理过程、研究太阳活动及其对日地空间环境和自然灾害的影响方面,发挥重要作用。

今年2月,上海天文台承建的中科院与上海市政府合作项目— 65米口径射电望远镜系统工程正式启动。该架望远镜的终端核心部分将由上海天文台自主研发。据上海天文台负责人介绍,这架望远镜选址上海天文台松江佘山基地,计划于2012年年底建成,届时将成为亚洲最大、国际先进的可转动的大型射电望远镜。它将在我国探月二期和三期工程中执行定位“嫦娥”的任务。

而在973计划支持下的中国首台太空望远镜,目前各项关键技术问题都已经解决,同比例的样机也已经完成。

中国首台空间天文望远镜和美国的“哈勃”望远镜不同,它不是光学望远镜,而是一台“硬X射线调制望远镜”。硬X射线比软X射线波长短,透视能力更强。医院用来做胸透的是软X射线,而铁路系统等用来检查货物的是硬X射线。

这台超级望远镜可能将于2012年左右发射升空。“中国眼”极有可能赶在欧美下一代黑洞探测卫星之前,发现黑洞和其他大质量天体。

(来源:网易探索 2009-10-13)