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中国“天眼”面向全球开放,成为“世界天眼”!你知道它究竟有多厉害

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-17  浏览次数:9
核心提示:『一门基于观测的学科』天文学有一个特点:它是一门基于观测的学科。宇宙天体离我们非常遥远,所以我们获得

中国“天眼”即FAST射电望远镜,是世界上最大的单口径射电望远镜,于1994年提出设想,历经22年建成。“天眼”能让我们在宇宙中发现什么?请听国家天文台高级工程师、中国“天眼”现场办公室原副主任李奇生在“深圳市民文化大讲堂”上的讲述。以下为讲座主要内容。

『一门基于观测的学科』

天文学是研究宇宙的学问。

天文学有一个特点:它是一门基于观测的学科。宇宙天体离我们非常遥远,所以我们获得天体的信息只能通过观测。通过观测得到的结果,建立理论模型,再通过理论模型验证观测结果,如此反复循环,最终得到一个科学的理论模型。所以说,天文研究是基于一种推测而展开的。比如,在望远镜中看到的恒星,只是一个很小的闪烁的点。我们根据对它的亮度进行观测,发现它的亮度变化有一定的规律。于是,在这个恒星的亮度图上,我们就可以建立理论模型,初步推测这个点可能是两颗星绕在一起转。因为双星绕转时相互遮掩,所以它的亮度会出现有规律的变化。根据这种观测得出结论,天上的星星有将近一半是双星。

1825年,法国哲学家孔德曾经断言:“恒星的组成成分是人类绝对无法得到的。”然而,30多年后,科学家通过分光技术得到的恒星光谱,不仅知道了恒星的化学成分,还知道了恒星大气的温度、密度和压力以及恒星的自转、质量、磁场等物理量。

当然,我们也有解释不了的现象。1929年,美国天文学家哈勃用当时最大的胡克望远镜观测到星系的退行速度和距离成正比。这说明什么?说明我们的宇宙在膨胀。20世纪末,宇宙学家进一步的观测研究表明,宇宙在加速膨胀。然而,加速膨胀是需要能量的。这个能量是什么呢?我们目前还不知道,只能称其为“暗能量”。这是我们还解释不了的天文现象。

『望远镜的口径越造越大』

可以说,天文学的研究是依赖于观测设备的。天文学上取得的成就,都是和观测设备性能的提高密不可分的。有了好的望远镜,才能看到更加遥远、更加暗弱的天体,才能有新的发现。随着观测设备性能的提高,天文研究的内容也越来越广泛。

随着制造能力的提高,望远镜的口径越造越大。一开始的望远镜只有几十厘米的口径,后来逐渐出现了1米以上口径的望远镜。1918年投入使用的胡克望远镜,口径2.54米,位于美国加利福尼亚州洛杉矶市外的威尔逊山。通过这架望远镜,天文学家观测到宇宙在膨胀。口径5.08米的海尔望远镜位于美国加州帕洛马山上,于1948年建成,光镜面研磨就花费7年时间。这架望远镜的可移动部分达530吨重,作为当时最大的望远镜在世界上“统治”了很长时间。美国的凯克望远镜,第一次突破10米口径的量级。麦哲伦巨型望远镜的口径达25米,将于2025年在智利建成,其成像清晰度将达到哈勃太空望远镜的10倍。美国TMT望远镜的口径为30米,计划建于夏威夷莫纳克亚山,但目前项目受阻。E-ELT欧洲极大望远镜的口径达39米,是目前在建的最大口径光学望远镜,选址于智利的阿塔卡玛沙漠,计划2024年运营。

天文望远镜有两个参数,一个是灵敏度,一个是分辨率。灵敏度是指望远镜能接收到最弱信号的本领,通俗地说就是“看得见”的本领。分辨率则是指望远镜能分辨出最小细节的本领,也就是“看得清”的本领。

天文望远镜和我们人眼看东西是不一样的。人眼看见什么,就是什么,是不能累积起来的;而望远镜在跟踪天体的观测中,辐射不断地累积在探测器上,因此,观测的时间越长,越能看到更暗的天体。

『射电望远镜的问世』

1931年,一个名叫卡尔·央斯基的美国无线电工程师,在做无线电通信的干扰实验时发现,除了雷电的信号外,始终还有一种来历不明的信号干扰。经过仔细分析,他在1932年发表的文章中断言:这是来自银河系中心的射电辐射。他把这个结果告诉了天文学家,但当时并没有引起重视。

1937年,美国人G.瑞伯在自己家里潜心试制射电望远镜,并取得了成功。他建造的射电望远镜也是世界上第一架抛物面型射电望远镜。1939年,瑞伯验证了央斯基的发现,不仅银河系中心有射电辐射,宇宙很多地方都有无线电辐射。

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第二次世界大战中,英国的许多军用雷达有时会同时受到干扰,而当太阳出现黑子时,干扰就更厉害。由此科学家断定,干扰来自太阳,说明太阳也有电波辐射。所有这些事实,使天文学家认识到,天体除了在可见光波段有辐射,在射电波段也有辐射。

至此,射电望远镜应运而生。随着制造能力的提高,射电望远镜的口径也越造越大。1957年建于英国的洛弗尔射电望远镜,口径为76米,它发现了第一例位于球状星云中的脉冲星。1961年建于澳大利亚的Parkes望远镜,口径64米,它后来发现了很多脉冲星。德国100米口径的波恩望远镜,建于1972年,重量达3200吨。

美国的阿雷西博望远镜是世界上第二大单口径球面射电望远镜,于1963年建成启用,口径305米。位于美属波多黎各的阿雷西博望远镜,依山地地形而建造。但是从2020年开始,因为年久失修,先后有两根钢索断裂,同年12月,望远镜的接收机平台从高空坠落,把望远镜彻底砸毁了。

 
 
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