FAST三维全景——这个世界之最“最”在哪？

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昨天，有一个始终躺在坑底却永远仰望天空的“中国巨眼”正式睁眼工作了。
因为这个观天巨眼的落成，国家领导人亲自发信致贺，并指出，它的落成启用，对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。 国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜（FAST）9月25日落成启用，开始探索宇宙深处的奥秘。

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古希腊哲人泰勒斯仰望星空预知有雨，却未看脚下，跌入坑中。人们借此讥讽哲学家不务实事，只是空谈。

黑格尔却说：

一个民族有一些关注天空的人，他们才有希望；一个民族只是关心脚下的事情，那是没有未来的。
只有那些永远躺在坑里从不仰望高空的人，才不会掉进坑里。

昨天，一个始终躺在坑底却永远仰望天空的“中国巨眼”正式睁眼工作了。
替所有中国人“仰望天空”的FAST，是一个中国独立自主知识产权的500米口径球面射电望远镜。那么它的工作原理是怎样的呢？来听FAST团队自己的说法。

它是一口“大锅”，躺在中国贵州省一个形成于4500万年前的巨型天坑中，它有着“世界之最”的500米口径，能接收到来自137亿光年以外的电子信号，这个距离接近于宇宙的边缘；它有着极高的灵敏度，与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,它的灵敏度提高约10倍；它有着“毫米精度”， 500米的结构处处都是头发丝般毫米级的精度要求，能把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里。
它将在未来的20至30年内，一直保持着世界一流设备的地位，成为世界望远镜中的领头者；它凝聚着广大中国科学家的智慧，链接着广袤无垠的宇宙；它就是在25号刚刚落成的，具有中国独立自主知识产权的500米口径球面射电望远镜FAST（Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope）。

▲（来源：新华网）

现实中的红岸基地

探测宇宙信息，巨型抛物面，大型国家装置，坐落于无人问津的深山…。听到这些，看过《三体》的小伙伴们，你们想到了什么？“不要回答!不要回答！不要回答！”我知道你们想的什么，但这不是红岸基地，而是500米口径球面射电望远镜FAST。
FAST被建造在贵州省平塘县克度镇金科村大窝凼的一个形成于4500万年前的巨型天坑中，这是科学家们经过15年的考察勘探得出的结果。
地貌接近于FAST的造型，工程开挖量小；人迹罕至，电磁干扰少；喀斯特地质，保障雨水向地下渗透时不会腐蚀望远镜，就是这些建设的理想条件最终促成了FAST落址于此。

《三体》中的红岸基地是一个用来寻找地外高智慧文明的神秘基地，而这正是FAST被期待能实现的价值之一。
射电望远镜可以接收来自太空中的无线电信号，其接收的信号源包括肉眼可以看见的星星，或者是外太空的人造卫星，这些天体会发射出不同波长的无线电信号。
对于射电望远镜而言，灵敏度越高，望远镜探测微弱无线电的能力就越强，而灵敏度的提高需要口径的增加。拥有500米口径的FAST，其在理论上能接收到来自137 亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于目前可视宇宙的边缘。
FAST就如同一只宇宙天眼，探察着宇宙中所深藏的那一个个秘密，基于其强大的功能，如果银河系(直径约为15万光年)内真的存在外星人，那么他们的信息就很可能会被FAST捕捉到。那么这只“巨眼”它是如何观察外太空的呢？

FAST是怎样“仰望天空”的

要想监听到来自宇宙的信息，就一定要实现对不同方向的监测；除此之外还需要把信息汇聚到一个点。但是如你现在所见，FAST只是一个不聚焦的圆面。这个圆面怎么动起来，怎么变成能聚焦的抛物面？这是FAST的重大技术成就。
 

整个望远镜镜面是由很多块小面板拼成的，这4600多块小反射面，通过2225个连接节点连接，都能在一定的范围内调整位置，这样当我们想看一个某方向的目标时，让正对着这个目标的一定范围（300m）内的小面板通过下方促动器一起调整位置，把这300m的镜面变成抛物面便可以精妙地实现。

反射面聚焦后，FAST的设计目标，是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里，在如此巨大的镜面，对精细度有如此要求，困难可想而知。
由于FAST巨大的空间跨度，接收机和反射面之间难以建立高精度刚性连接，但工作时接收机在200米活动范围内定位误差不能超过3mm，这就好比在一面照片墙上准确地调整一个像素点，为了实现接收机的高精度指向跟踪，科学家们创造性地提出了光机电一体化的轻型索驱动馈源支撑和并联机器人设计。

通过控制6根钢索，带动重约30吨的馈源舱在直径为207米的球冠面上运动，这是一级控制。
二级控制是在馈源仓底部，由AB轴控制，实现望远镜接收机的高精度定位。

伟大的技术进步

FAST全新的设计思路，突破工程极限的庞大口径，是人类在射电望远镜建造领域的一次划时代的突破。
其设计综合体现了我国高技术创新能力。它将在基础研究众多领域，例如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方向提供发现和突破的机遇，也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。
利用FAST，人类可以观测脉冲星、中性氢、黑洞……这些宇宙形成时期的信息，甚至有更大机会捕捉外星生命的信号。神秘而深邃的宇宙，将因为FAST的诞生向人类打开一扇扇新的大门。

出品：科普中国

制作：FAST项目团队   中国科普博览

监制：中国科学院计算机网络信息中心

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本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

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