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地外文明是否存在 我们等待FAST的回答

来源:中国科技网-科技日报 作者: 2016年09月29日 00:56
[导读] 科幻小说家刘慈欣早前在出席FAST项目完工仪式时这样对媒体说。不可否认,划时代的发现和望远镜关系紧密,望远镜对人类探索宇宙和地外文明至关重要。我们等待着FAST的回答。
地外文明是否存在 我们等待FAST的回答
文·本报记者 李大庆



9月25日,世界最大单口径射电望远镜落成启用



   “希望能有划时代的发现。”科幻小说家刘慈欣早前在出席FAST项目完工仪式时这样对媒体说。不可否认,划时代的发现和望远镜关系紧密,望远镜对人类探索宇宙和地外文明至关重要。
    9月25日,一口“大锅”在中国贵州省平塘县克度镇的大山里建设完毕。“大锅”是百姓对它的俗称,其实它有一个很学术的名字:500米口径球面射电望远镜,简称FAST。按照设计,这口大锅能够“看”到远在137亿光年的星体。
    提前“上岗”的“天眼”
    在FAST完工之前,科研人员也做一些试验观测,检测设备性能。没想到,在9月17日的一次试观测中,FAST就接收到了一颗距离地球1351光年的脉冲星的信号。国家天文台副研究员钱磊在接受媒体采访时说,我们试观测得到的最好的脉冲星数据是J1921+2153星的数据。这颗星位于1351光年以外,我们现在接收到的这些电磁波,是它在大约1351年以前发出的。
    大锅其实就是天线,通过它能够接收到遥远星空的电磁波。这就像家用“锅盖天线”,锅盖口径越大,能看的电视台越多,画面也越清晰。FAST工程总工艺师王启明说,全世界的射电天文学家都在追求建造更大口径的望远镜,以提高灵敏度。
    在FSAT建成之前,世界有两个最大的射电“天眼”。德国100米直径的“埃菲尔斯伯格”和美国300米直径的“阿雷西博”。天文学家还想要更大口径、更高灵敏度的望远镜。
    1993年在东京召开的国际无线电科学联盟大会上,包括中国在内的10个国家的天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的设想。他们期望,在地球的电波环境被彻底破坏之前,真正看一眼初始的宇宙,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。如果失去这一机会,人类就只能到月球背面去建造同样口径的望远镜了。
    中国人承担了追求天文学家这一梦想的实践。
    精度到毫米的“天眼”
    FAST灵敏度极高,能够接收遥远脉冲星发射的电磁波,包括极其微弱的电磁波。
    脉冲星1967年被发现,是一种高速旋转的中子星,具有超强的磁场。有的脉冲星每秒可以自转几百圈,就像海边灯塔,旋转的光柱不停地扫过地球。
    国家天文台副研究员钱磊说,高频的电磁波先到达地球,低频的电磁波有个延迟。当地球与脉冲星距离很远时,这个延迟的量就大。我们就是利用这个延迟的量来推断脉冲星与地球的距离的。
    FAST能有如此高的灵敏度是设计建造者追求毫米精度的结果。
    望远镜是通过天线锅(反射面)来接收信号的。FAST工程总工艺师王启明告诉记者,主动反射面是FAST的重要组成部分,通过它的反射聚焦,把信号聚拢到一点上,提供给馈源接收机接收。
    要安装反射面,就需要先制造和安装索网。这是世界上跨度最大、精度最高的索网结构。索网由约7000根主索和2300根下拉索组成。索网上镶嵌着4450块反射板,每块边长 10.4—12.4米,每块单元重427.0—482.5公斤,厚度约1.3毫米。
    FAST的主动反射面大约25万平方米,相当于30个足球场的面积。FAST的设计目标就是把这覆盖30个足球场的信号,聚集在一个药片大小的空间里,这就必须达到毫米级精度。
    同样,接收无线电信号的馈源舱定位也需要控制在毫米级的水平。FAST工程副总工艺师孙才红告诉记者,我们通过6个铁塔下机房内的卷扬机收放钢索,从而驱动馈源舱在一个距离地面高140—180米、直径为207米的空中球冠面上运动,从而精确地到达反射面的焦点位置,实现对射电源的跟踪、扫描。可以说,每一部分的位移都要控制在毫米级。
    正是这些毫米级的精细控制,才保证了FAST的高灵敏度。工程常务副经理郑晓年说,FAST的灵敏度将比德国的“埃菲尔斯伯格”提高约10倍,综合性能将比美国“阿雷西博”提高约10倍。
    会转动眼珠的“天眼”
    “这只硕大的天眼它是可以活动的。”王启明说,根据观测的方向,它会拉扯索网来变形天线锅。如同人类转动自己的眼珠,这样遥远的太空对它来说将不存在方向上的死角。美国阿雷西博望远镜,它是固定在地面上不动的。
    据介绍,FAST靠锅底的变形来变换天线的方向,变形是由与索网相连的2000多个小电机控制的。这些电机配合动作,控制着索网的形状。整个变形过程,由激光定位系统来校准。
    4450块反射板形成一个巨大的球面,这个球面通过索网体系可以变形。索网中的下拉索是与促动器和地锚相连接的,需要球面变形时,促动器会拉动索网实现球面变形。变形中会在适当的位置形成一个300米直径的抛物面(只有抛物面才能聚焦信号),使信号汇聚到一点,让馈源舱能够接收。
    6索并联驱动控制系统是FAST项目核心部件馈源舱的主控制系统,它可以控制馈源舱进行姿态位置调整,从而精确地达到反射面的焦点位置,使馈源舱获取信号能力达到最佳。就像人的睫状体一样,能够调节眼球的焦距使眼球能清晰地看清远近物体。
    “作为世界最大的单口径望远镜,FAST有望在未来20—30年保持世界一流设备的地位。”郑晓年说。
    瞄准地外生命的“天眼”
    国家天文台副研究员郑永春博士在介绍FAST的用途时说,FAST主要用于研究脉冲星、中性氢、黑洞吞噬小天体、星体演化、外星文明搜寻等。
    科学家希望能够借助FAST发现更多的脉冲星。FAST工程首席科学家、总工程师南仁东说,现在我们观测到的2000多颗脉冲星,全都是银河系内的。想必别的星系也会有脉冲星。FAST会对准别的星系,发现更多奇特的脉冲星,了解它到底是什么。
    中性氢云团的运动也是FAST观测的科学目标之一。中性氢是宇宙中未聚拢成恒星发光发热的氢原子,是一个质子加一个电子。中性氢云团的运动反映了早期宇宙的蛛丝马迹。FAST观测中性氢,就可能获知星系之间互动的细节,甚至发现第一代天体以及宇宙漫长发育历程的线索。
    当然,公众最感兴趣的还是FAST能否搜寻到外星文明。1967年,科学家在发现脉冲星时,看到这种电磁信号极其规律,因而认为这是外星人发出的信号,后来才知道这是一种高密度恒星的信号。工程副总工艺师孙才红说,无线电台、卫星电视发出的无线电信号,都存在人为编码。而天体信号是一种类似有规则的随机信号,不会有人为调制的痕迹。如果FAST能收到太空中有编码的信号,肯定不属于天体现象。那会不会是外星文明呢?
    孤独的地球人类总是希望宇宙中能有自己的难兄难弟。连美国《基督教科学箴言报》在报道FAST时也迎合了一下读者的口味:“中国刚刚建成的全球最大单口径射电望远镜将可能回答人类探索宇宙的一个最古老问题:外太空是否有其他生命的存在?”
    我们等待着FAST的回答。
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