射电望远镜$“中国天眼”为何能吸引世界瞩目？马永强|新青年|吕尧臣|吕俊杰

“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”中国战国时期诗人屈原在他创作的长诗《天问》中面对宇宙星空发出惊天一问。面对未知的宇宙星空，古今中外的科学家制作了一批又一批精巧、宏伟、雅致的天文仪器，从中国汉代落下闳的“浑仪”到1608年荷兰人汉斯用水晶造出的第一台望远镜，再到阿雷西博射电望远镜、“中国天眼”等，拉近了人类与星空的距离。
位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼的500米口径球面射电望远镜(简称FAST)，有“中国天眼”的美誉。作为世界上最大的也是最灵敏的单口径射电望远镜——“中国天眼”为何能吸引全世界的目光？中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”总工程师姜鹏近日接受专访，对上述问题进行解答。

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资料图：2021年2月7日拍摄的500米口径球面射电望远镜(FAST)。中新社采访人员瞿宏伦摄
现将访谈实录摘要如下：
采访人员：“中国天眼”建设初衷是什么？
姜鹏：FAST最初被国际天文联合会弃用后，走上中国独立自主研发道路。以南仁东先生为代表的中国科学家开始FAST的建设探索，开启了“把不可能变成可能”的征途。最初从发展推动“十一五”大科学装置来立项，最后走到现在成为世界上最大的也是最灵敏的单口径射电望远镜。
FAST建设的初衷就是在地球电磁波环境还能进行天文观测的时候进行天文研究。FAST最早起源于一个国际合作项目。在1993年京都举行国际无线电科学联合会上，包括中国在内的多个国家提出倡议，希望在地球电磁波环境被破坏前，建造新一代大射电望远镜，FAST是方案之一。当时主要有两个论点：一种是建一堆小的，口径10米、20米；另一种是建设类似FAST的大型望远镜。因为国际上认为单口径大射电望远镜风险较大且有区域限制等，FAST未被“LT”(大口径射电望远镜)实施方案选中。后来建一堆小望远镜成为国际主流，也就是“SKA”平方公里阵列射电望远镜。

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资料图：“中国天眼”总控室一隅。中新社采访人员瞿宏伦摄
采访人员：与国外不同类型天文望远镜相比，“中国天眼”的特色和优势在哪里？
姜鹏：FAST是当今射电天文学的“重器”。其基本原理是什么呢？我们都知道，平行电磁波遇到抛物面反射后会汇聚到焦点的位置。对射电望远镜来说，把反射面做成抛物面的形状，然后在焦点位置放置一台接收机，就可以收集天体发出的电磁波信号，从而进行天文观测。抛物面的面积越大，汇集的信号就越多，也就越能探测到更暗弱、更遥远的天体。
FAST是一个全新的望远镜概念，它的设计方案是从来没有过的，这也是它能突破传统望远镜百米口径工程极限的前提。对望远镜而言，灵敏度是最关键指标之一。FAST巨大口径带来高灵敏度，探测暗弱信号能力更强，可以极大扩展可观测量样本数量，同时可以看到更遥远的天文学现象。
FAST的设计不同于世界上已有的单口径射电望远镜，主要体现在反射面和馈源舱系统上。作为世界首创，FAST是主动反射面，可以改变形状，一会儿是球面，一会儿是抛物面。由6670根钢索编制的索网，挂在由50根巨大钢柱支撑、直径500米的圈梁上；索网上铺有4450块、380多种反射面单元；索网下方是2225根下拉索，每一根下拉索都被固定在地面上的促动器上，通过操纵促动器，拉动下拉索来改变索网形状，从而对天文信号进行收集和观测。
馈源舱也是一个大胆的突破性设计。FAST采用全新的轻型索驱动控制系统，可以自如改变角度和位置，更有效地收集、跟踪、监测更丰富的宇宙电磁波。馈源舱重约30吨。体积小带来有效减少光路遮挡、减少干扰信号等多方面优势，更有利于天文观测。