500米球面射电望远镜的相关科技概念

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,人类只通过可见光波段观测宇宙,但实际上天体的辐射覆盖了整个电磁波波段。与通信用的微波天线类似,射电天文望远镜通常由三个主要部分组成:汇聚电磁波的反射面、收集信号的接收器和指向装置。电磁波(又称电磁辐射)是同相振荡且相互垂直的电场和磁场,在空间中以波的形式运动,其传播方向垂直于电场和磁场形成的平面,有效地传递能量和动量。电磁辐射可以按频率分类,从低频到高频,包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼能接收到的电磁辐射的波长约为380至780纳米,这种波长称为可见光。任何温度高于绝对零度的物体都可以发出电磁辐射,但世界上没有温度等于或低于绝对零度的物体。

为了实现跨越式发展,我国天文学界提出建设世界上最大的单孔径射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜(FAST)。它有三项自主创新:利用贵州天然喀斯特洞穴作为场地;坑内铺设数千个单元,形成500米球冠主动反射器;利用光缆牵引机构和并联机器人实现了望远镜接收机的高精度定位。全新的设计思路,加上场地的独特优势,快速突破了望远镜的百米工作。

范围限制,创造了建造巨型射电望远镜的新模式。FAST作为多学科基础研究平台,具备将中性氢观测延伸到宇宙边缘、观测暗物质和暗能量、寻找第一代天体的能力。一年可以发现7000颗左右的脉冲星,研究极端状态下的物质结构和物理规律;有希望发现奇异星和夸克克星物质;中子星-黑洞双星的发现并不依赖于模型来精确确定黑洞的质量;通过精确测量脉冲星的到达时间来探测引力波;作为最大的台站,加入国际甚长基线网,对天体的超精细结构进行成像;也有可能发现红移较高的巨型脉泽星系,实现银河系外甲醇脉泽的首次观测突破;用于搜索和识别可能的星际通讯信号,搜寻地外文明等等。

扩展中性氢区(HI区)是由中性氢原子组成的星际云。这些区域并不明亮,但会辐射出21 cm (1,420MHz)的谱线。这条谱线出现的概率很低,所以需要大量的氢原子才能看到这条谱线。当前方有自由区时,HI区会与膨胀的自由气体(如电离氢区)发生碰撞,只要自由区达到HI区的10(即万分之一),发出的光就会比21厘米波更亮。

用射电望远镜描述HI的辐射是一种测量螺旋星系旋臂的技术,也可以用来描述星系间相互作用引起的引力扰动。当两个星系碰撞时,像绳子一样拉出的物质使天文学家能够测量星系如何运动。

FAST在国家重大需求中具有重要的应用价值。将我国航天测控能力从地球同步轨道延伸到太阳系外缘,将使深空通信数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间的测量精度从目前的120纳秒提高到30纳秒,成为世界上最精确的脉冲星计时阵列,为自主导航的前瞻性研究制作脉冲星钟。开展高分辨率微波巡逻,诊断识别微弱空间信号,分辨率为1Hz,作为无源战略雷达服务于国家安全。作为“子午工程”,非相干散射雷达接收系统提供高分辨率、高效率的地面观测;跟踪和探测日冕物质抛射服务于空间天气预报。

FAST研究涉及诸多高科技领域,如天线制造、高精度定位与测量、高质量无线电接收机、传感器网络与智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST的关键技术成果可应用于许多相关领域,如大型结构工程、千米范围内的高精度动态测量、大型工业机器人和多波束雷达装置的研制等。FAST的建造经验将对中国制造技术向信息化、极限化、绿色化方向发展产生影响。

有了FAST,偏远闭塞的黔南喀斯特山区将成为举世瞩目的国际天文学术中心和向世界展示贵州的新窗口。以FAST为主体的天文科普基地,将推动中国西部乃至全国的科普工作,教育青少年,宣传大众和决策者,服务科教兴国的长远战略目标。主动反射镜半径-300m,口径-500m,球冠张角110-120,有效照明口径Dill=300m,焦比0.467,遮天顶角40°,工作频率70MHz-3GHz。

(L波段)A/T-2000 m2/K T-20K分辨率(L波段)2.9′多波束(L波段)19观测切换时间< 10min指向精度8 "FAST预研历时13年,由中国科学院国家天文台主持,来自全国20多所高校和科研院所的100多名科技骨干参与了此项工作。得到了中科院知识创新工程首批重大项目和重要定向项目、国家自然科学基金重点项目的支持。FAST有五大关键技术,包括贵州喀斯特洼地场地评估、主动反射器、光机电一体化馈源支撑系统、高精度测控、接收系统等。,所有这些都经过了分析、论证和模型测试。

2007年7月10日,国家发改委原则同意将FAST项目列入《国家高技术产业发展项目计划》(文件号发展改革高技术20071538),要求抓紧开展可行性研究,具备条件时提交可行性报告。