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中国筹备三大新型天文望远镜

2006-09-20 21:21:40|  分类: 科技新知 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国LAMOST光谱望远镜概念图

  中国天文学家全力筹备SKA、FAST、LAMOST三大观测项目,刷新世界之最

  宇宙形成之初是什么?宇宙中有生命的存在?人类对太空探索的视界能达到多远?

  要回答这些问题,人类需要借助天文望远镜的帮助。SKA、FAST、LAMOST,这三个简称代表了中国天文学者正在全力筹备的三大新型天文望远镜。到2020年,随着SKA的全面使用,地球人将看到一个更清晰、更有深度的宇宙。

  SKA:收看外星人的电视节目

  15个国家、30个研究机构,自1993年开始就卷入一个雄心勃勃计划中,这便是SKA计划。

  SKA全称为“一平方公里阵射电望远镜”,试图建造出世界上最强大的射电望远镜阵列。这一阵列将由上百架绵延3000公里的射电望远镜组成,犹如一个超大麦田怪圈。

  国际无线电科联1993年日本京都大会上,澳、加、中、法、德等10国天文学家联合倡议筹划建造接收面积为1千平方米的巨型射电望远镜,它的灵敏度将比目前世界上最大的望远镜高2个数量级。目前SKA已到其选址的关键时刻。

  这一项目将建在哪呢,有四个国家———中国、澳大利亚、南非、阿根廷正在角逐。这四个国家都有自己不同的方案,但有一点相同:SKA的设计是一种阵列,大量望远镜将分布在一片核心区域内,其中最远的观测站离核心区至少有3000公里,这一望远镜阵与一个反射面积达1平方公里的超大望远镜等效。

  2008年,SKA选址将确定。十年后,SKA将建成。2020年,SKA全面运行。届时,人类探索太空的视界将大大扩大,因为SKA的接收能力将比现有的射电望远镜强大50倍,巡天的速度更是超越现有射电望远镜1万倍。荷兰莱顿大学的乔治·米勒表示,“通过SKA我们完全可以收集到天体物理的众多数据,而在此之前,凭借我们现有的光学仪器是无法胜任的。”

  今年5月,在美国举行的一个研讨会上,一名研究SKA计划的天文学家甚至表示:从理论上说,如果外星人的确有电视节目的话,只要将SKA对准外星人的星球,就能够接收到。

  在北京师范大学天文系副系主任杨志良看来,这一说法在理论上完全是可行的。“射电望远镜利用的是射电波段,如果外星球真的有人类,有人类类似的电视生活,存在着这样的波段,那么超强的观测设备便具有这样的法力。”

  在我们对太空的探索中,外星生命的话题永远有生命力。一旦这一世界上最强大的射电望远镜建成,并且接收到从遥远星际发送来的电视信号,那么必将为宇宙中存在生命提供直接而有力的证据。

  FAST:看一眼宇宙初始的模样

  看一眼初始的宇宙、弄清宇宙结构的形成及演化至今的过程,在天文学家眼里,大型射电望远镜是实现这一目标不可缺少的工具。除了SKA之外,中国国家天文台正在筹备的FAST项目也将是一个探索未知的利器。

  FAST是500米口径球面大射电望远镜(five-hundred-meter aperturesphericaltelescope,简称FAST),主要利用贵州大窝凼喀斯特地貌作为500m口径大射电望远镜的主反射面支撑条件。我国目前最大的射电望远镜位于河北兴隆,直径为50米。而500米直径的FAST不仅将成为新的中国之最,也将是世界上最大的单碟片射电望远镜。

  最初在国家天文台蓝仁东等研究人员的设想中,FAST项目是我国参加SKA计划的一个先导项目,不过目前已经做出了新的调整,FAST将成为一个独立的项目。“用最简单的话来说,我们希望FAST能探索到宇宙早期演化的秘密,”蓝仁东解释了FAST的魅力所在。

  “FAST是我们国家在大射电望远镜方面的探索,由于它的大口径,能让我们看到更远的太空,由此也许能解开宇宙形成的一些奥秘,”杨志良解释,我们现在接收到的光都是宇宙天体很多年以前发出的。如果说FAST建成了,它就能将我们探索宇宙的眼睛投射到更远的太空,大大缩短了信息传达到地球上所花费的时间。

  另外,FAST将会使我们的观测范围涵盖从脉冲星、黑洞,到星系、暗物质和暗能量的广泛的天体物理学目标。“由此,我们也许就能探索到宇宙结构的形成及演化的奥秘。”这一众多天文人的梦想也许再过7年就将实现。

  去年11月,国家天文台大射电望远镜实验室已经在密云建设了一个小型的试验版FAST,直径为30米,它在被用于试验FAST关键技术的同时,也是一架能做观测项目的望远镜。

  LAMOST:一眼捕捉4000个天体

  这段时间以来,国家天文台研究员赵永恒都在出差的奔波中度过。

  “10月底,LAMOST就会取得一个阶段性的进展。到时玻璃也会装上了,你们来拍照会有比较好的视觉效果。”

  LAMOST是大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜的英文简称。赵永恒介绍,在LAMOST直径为1.75米的大焦面上可放置4000根光纤,连接到十几台光谱仪上,一次观测可同时获得4000个天体的光谱,也就是一次就可能捕获到4000个天体,将是全球最具威力的光谱巡天望远镜。

  杨志良介绍,LAMOST作为光谱巡天望远镜,它看到的不是星星的面容,而是捕捉它们的光谱。光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息,是天体的一种DNA身份识别。而专家通过看恒星的光谱,就可以得到关于它的物质组成、温度、内部结构等信息。

  2007年,LAMOST项目将完成,能对上千万个星系、类星体等河外天体的光谱巡天。目前人类已记录在册的天体有10的9次方个,已观测到其光谱的天体有10的5次方个,而LAMOST建成后将使后一数字变为10的7次方,从而突破天文研究中光谱观测的“瓶颈”。届时,LAMOST将在星系、类星体和宇宙大尺度结构等方面发挥威力,揭开恒星、星族和银河系的结构等奥秘。

  -竞争

  四国纷纷出招,竞选SKA

  为了能让本国成为SKA项目最后的赢家,中国、南非、澳大利亚、阿根廷四国正各显神通,筹划各种准备工作。

  南非专门建立了“南非台地阵望远镜”(KarooArray Telescope,简称KAT)。南非的射电天文学家希望用这样一个阵列来试验SKA建设中的关键技术。

  KAT的面积尽管只有SKA的百分之一,但它仍将是世界级望远镜。KAT计划在2008年到2010年间开工建设。“南非有较好的电离层和对流层,还有政府的支持。”计划主持者伯尼·法纳罗弗这样解释他们在SKA计划竞争中的优势。

  而澳大利亚也同意筹备SKA的缩小样本。日前,政府已开始在澳洲西部设立一个25平方公里的“射电天文公园”,这里是澳大利亚希望能够兴建SKA的地方,预计在2009年完成。偏远的地址,较少的无线电波干扰是澳大利亚竞选的卖点。“澳大利亚在射电望远镜方面有深厚的科研传统,”澳洲天文学家斯托里这样评价,而澳大利亚国内知名大学的加入更增加了他们的实力。

  至于中国,早在SKA还被称为LT的时候,天文学家便提出了建设方案。其中利用喀斯特地貌的计划是中国独有的,这可以帮助屏蔽外界无线电波的干扰,同时贵州还有着较好的电波环境。

  “然而,需要说明的是,SKA分三个部分,目前只是第一阶段的一个选址。”蓝仁东特别强调,中国选址方案能否被选上,不会影响中国对SKA计划的参与。无论是SKA选址在哪儿,SKA对天文观测上带来的效益是全球都能分享的。“在某种程度上是竞争,但更多的是合作,”鉴于南非和澳大利亚两个计划有类似之处,南非好望角大学天文系主任科特韦格特别表示,“尽管选址很重要,但更重要的是不要重复,我们需要警惕,南非和澳大利亚的设计不要撞车。”

  -链接

  太空望远镜:“韦伯”接班“哈勃”

  明年,大名鼎鼎的哈勃望远镜可能将要“退休”。16年、环绕地球轨道8.8万圈、拍摄了75万张外层空间和地球照片,这些数字真实地记录了自哈勃望远镜搭乘“发现”号航天飞机升入太空后的那一刻起为人类太空探索做出的贡献。

  哈勃望远镜能观测到140亿光年范围内的宇宙空间,让科学家们观测到宇宙的确在迅速膨胀,证实了超级黑洞和暗能量的存在,了解了星系的形成和演化。

  “哈勃这一类的空间探测器能观测到地基望远镜力所不及的红外线,同时也能摆脱地球大气层对天文观测的一切干扰,因此它的威力远远超过地面上的所有地基光学望远镜,”杨志良指出,哈勃退出,不是仅仅因为地基望远镜技术的发展,更重要的是哈勃本身的状况已是“老骥伏枥”。

  哈勃的继任者是詹姆士·韦伯太空望远镜,现计划在2011年升入太空。韦伯望远镜21英尺宽的镜面面积是哈勃望远镜的6倍,而重量仅为重达2200磅的哈勃望远镜的三分之一,有一内置的红外设备。

  杨志良表示,韦伯的继任将令天文学家观测到更远、更古老的天体,捕获到早期宇宙微光。“我们将观察宇宙大爆炸后形成的第一批物体,”韦伯望远镜项目资深科学家约翰·马瑟曾这样表示:“我们还将继续探索地球是如何到达它现在的位置、恒星的形成、行星的形成以及生命产生所需要的条件”。

  而在“詹姆斯·韦伯”升空一年之后,一架叫“地外行星搜寻者”的太空望远镜也将被派入太空。它汇集了人类太空望远镜技术的精华,能利用空前的分辨率,探索在太阳系邻近数十光年之内,是否存在与地球条件相似的行星。

  -新知补丁

  光学望远镜

  从1609年伽利略制作出第一架望远镜到射电望远镜诞生的300多年中,光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。

  光学望远镜根据构造可分为折射望远镜、反射望远镜及折反射望远镜三大类。

  射电望远镜

  诞生于20世纪30年代的射电望远镜与以接收可见光进行工作的光学望远镜不同,它依靠接收天体发出的无线电波来工作。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃介质,不太会受光照和气候的影响,射电望远镜可以透过星际尘埃全天候、不间断地工作。

  空间望远镜

  地球大气对电磁波有严重的吸收,地面上只能进行射电、可见光和部分红外波段的观测。随着空间技术的发展,出现了在大气层外观测的空间望远镜,包括紫外望远镜、X射线望远镜、γ射线望远镜以及部分红外望远镜。最著名的空间望远镜无疑是1990年升空的哈勃空间望远镜。

 

这一计划由面积达1平方公里的射电望远镜阵列构成
澳大利亚的SKA试验场
SKA计划概念
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