中国花23年建这口大锅,不是吃饭的

文章作者:李星儿 | 2016-07-16
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  每当找不到合适选题的时候,都习惯走出办公室,点根烟,然后抬头,45° 角仰望星空。。。(是不是很郭敬明~)

  但特么不是天文学爱好者的差评君,连简单的北斗星都未必找得到。

  不过人类呢,一直都没有放弃对外太空的窥探。。。

  2016 年 7 月 3 日,直径500米、迄今全球最大的 “ 锅 ” 在贵州黔南州平塘县大窝凼 ( dàng 得岸,荡 ) 喀斯特天坑中架设完成。

  

  (“ 直径 500 米啊喂,开什么玩笑 ”)

  呃,放错图,应该是下面这个。。。

  中国“天眼”FAST顺利完工!

  

  

  这口 “ 巨锅 ” 当然不是炒大锅饭用的。。。

  它是名为 “ FAST ” 的 500 米口径球面射电望远镜的中国 “ 天眼 ” (以下称其为 FAST),是世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜。

  大家都知道望远镜,但这射电望远镜是什么鬼,难道说可以射出电流?

  当然不是这么解释了,这里差评君简单的描述一下射电望远镜是怎么工作的吧。

  射电波实际是电磁波。宇宙中有很多电磁波,而地球大气层吸收了这些来自宇宙的大部分电磁波,但只有可见光和部分无线电波可以穿透大气层。天文学把这部分电磁波称为为射电波。

  然后由天线感应射电波,并将感应得到的信号转化为电压信号。由电压信号得到功率大小。功率值就是我们记录下来的信息。

  射电望远镜的分辨率是由射电波的波长和天线孔径共同决定的,但是因为射电波的波长很长,如果想提高望远镜分辨率,获得更远、更微弱的射电波的信息,“ 阅读 ” 到宇宙深处的信息,只好把天线的孔径做大,越大越好,对的,没有错,就是那口大锅!越大越好!

  地球大气层留给人类探索宇宙两个窗口,一个是光学,一个是射电。对天文学家来说,如果光学望远镜是显微镜,那么射电望远镜就是 CT 机,通过射电望远镜,可以“观测”到光学望远镜观测不到的东西,可以用来观测类星体、脉冲星、星际有机分子和微波背景辐射,甚至是接收遥远太空发过来的信号。

  想想还有点小可怕。。万一收到了三体人打的招呼该不该回呢。。。

  (这都是差评君凭借自己理解整理的。。如果有误坦荡荡指出来。)

  但,这样的射电辐射其实大部分人也都见过,因为它就包含在早前老式电视的雪花屏里。。。

  

  不过,这口 “ 锅 ” 的工程量真的是浩大。。。

  中国科学院国家天文台 500 米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说:

  仅圈梁、索网和支撑馈源舱的 6 座高塔就用掉 1 万多吨钢材,而望远镜反射面总面积为 25 万平方米,相当于 30 个标准足球场那么大。

  尽管反射面板才1毫米厚,也用掉2000多吨铝合金。

  但,大家真不要觉得 FAST 就是简单的糊出一口锅。。。

  

  而且,也不要觉得,对这项浩大工程的投入只服务于它。

  总工艺师王启明说,由于严苛要求,这个大科学工程推动了多领域装备制造能力的提升:

  主动反射面的索网具备高弹性、抗拉伸、抗疲劳特征,其500兆帕的超高应力幅,是国家标准的2.5倍。

  帮助反射面变位的2000多个液压促动器通过伸缩实现精确定位、协同运动,还可将自身各项状态信息上报给控制系统,满足适时跟踪、换源等运动要求。

  承担着传输各种数据信息使命的动光缆可经受反复弯曲、卷绕和扭转等机械性能和恶劣自然环境考验。

  从 2015 年 8 月 2 日安装第一块单元反射面板。。

  

  再到安装上最后一块,总共耗时将近一年,一共装上了 4450 块单元反射面板。

  中间缺口处就是最后一块面板

  但其实,这项工程从 1993 年就已经开始拟定了,估计那时候差评君乳牙都没长全。。。

  

  在 7 月 3 日馈源舱升舱和反射面板按计划完成安装后,FAST 将进行2个多月的系统调试,于9月底正式竣工投入使用。

  馈源舱

  

  但要实现所有功能参数最优化,它还要在两三年的观测中不断调试完善。

  在 FAST 建成之前,世界上最大的射电望远镜是美国阿雷西博 300 米望远镜,但它只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中一个约 20 度的带状区域。

  美国阿雷西博 300 米望远镜

  

  美国阿雷西博 300 米望远镜是在 50 多年前建成的。。差距啊。。。

  而中国的 FAST 射电望远镜的索网结构可以随着天体的移动变化,带动索网上的4450个反射单元,在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,能覆盖40度的天顶角,极大提升观测效率。

  

  假如把 FAST 比作一只巨大的眼睛,那么这只 “ 天眼 ” 的眼窝直径就有500米,而负责接汇聚电磁波、观测深空的眼珠直径就有300米。

  FAST 工程副经理彭勃说:

  从射电望远镜诞生至今,人类共发现了约2500颗脉冲星,如果中国大射电望远镜的工作时间全部用于观测脉冲星,它一年时间内就有望将这个数量翻倍。

  建成后的 FAST ,主要有两大科学目标:

  巡视宇宙中的中性氢:研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化

  观测脉冲星:研究极端状态下的物质结构与物理规律。

  一年就能翻倍。。想想也是恐怖。。。

  不过,傻瓜也知道这么大的一个工程,如此强悍的性能,肯定不能单单用于观测宇宙啦。。。

  FAST 施工过程中的拍摄

  

  这东西完全也可以用来当 “ 天宫 ” 这类空间站信息的接收器。。。

  而且,还能顺便监测导弹,隐形飞机什么的,虽然隐形飞机可以躲避雷达,但是这 FAST 的灵敏度不知道比雷达高到哪里去了。。分分钟检测出来。。。

  但是,面对这样浩大的工程,绝对会有人跳出来说什么劳民伤财吧,毕竟现在中国 13 亿人口,并不是每个人都有饱饭,每个人都有书念。。。

  但,差评君想说,以现在中国的经济实力,科技与民生,从来就不是什么零和游戏。

  其实,早在 1970 年,一名赞比亚修女 Mary Jucunda 就致信 NASA 航空中心,也问了类似的一个问题:地球上很多人吃不上饭,为什么还要探索宇宙?

  那就以 NASA 这篇标题名为《为什么要探索宇宙》的回信来做这篇文章的结尾吧:

  

  亲爱的 Mary Jucunda 修女,

  首先,请允许我向你以及你勇敢的姐妹们表达深深的敬意,你们献身于人类最崇高的事业:帮助身处困境的同胞。

  在详细说明我们的太空项目如何帮助解决地面上的危机之前,我想先简短讲一个真实的故事。400年前,德国某小镇里有一位伯爵,他将自己收入的一大部分捐给了镇子上的穷人,这十分令人钦佩。一天,伯爵碰到了一个奇怪的人,他家中有一个工作台和一个小实验室。他白天卖力工作,晚上的几小时的时间专心进行研究。把小玻璃片研磨成镜片,然后把研磨好的镜片装到镜筒里,用此来观察细小的物件。伯爵被这个前所未见的可以把东西放大观察的小发明迷住了。他邀请这个怪人住到了他的城堡里,作为伯爵的门客,此后他可以专心投入所有的时间来研究这些光学器件。

  然而,镇子上的人得知后,都很生气。“我们还在受瘟疫的苦,”他们抱怨道,“而他却为那个闲人和他没用的爱好乱花钱!”伯爵听到后不为所动。

  果不其然。他的工作获得了丰厚的回报:显微镜。显微镜的发明给医学带来了前所未有的发展,由此展开的研究及其成果,消除了世界上大部分地区肆虐的瘟疫和其他一些传染性疾病。

  伯爵为支持这项研究发明所花费的金钱,其最终结果大大减轻了人类所遭受的苦难,这回报远远超过单纯将这些钱用来救济那些遭受瘟疫的人。

  解决饥饿问题的关键有两部分:食物的生产和食物的发放。食物的生产所涉及的农业、畜牧业、渔业及其他大规模生产活动在世界上的一些地区高效高产,而在有的地区则产量严重不足。通过高科技手段,如灌溉管理,肥料的使用,天气预报,产量评估,程序化种植,农田优选,作物的习性与耕作时间选择和农作物调查及收割计划,可以显著提高土地的生产效率。

  人造地球卫星无疑是改进这两个关键问题最有力的工具。在远离地面的运行轨道上,卫星能够在很短的时间里扫描大片的陆地。可以同时观察计算农作物生长所需要的多项指标,土壤、旱情、雨雪天气等等,并且可以将这些信息广播至地面接收站以便做进一步处理。事实证明,配备有土地资源传感器及相应的农业程序的人造卫星系统,即便是最简单的型号,也能给农作物的年产量带来数以十亿美元计的提升。

  登月工程需要历史上前所未有的高精度和高可靠性。面对如此严苛的要求,我们要寻找新材料,新方法;开发出更好的工程系统,用更可靠的制作流程;让仪器的工作寿命更长久;甚至需要探索全新的自然规律。

  这些为登月发明的新技术同样可以用于地面上的工程项目。每年,都有大概1000项从太空项目中发展出来的新技术被用于日常生活中,这些技术打造出更好的厨房用具和农场设备,更好的缝纫机和收音机,更好的轮船和飞机,更精确的天气预报和风暴预警,更好的通讯设施,更好的医疗设备,乃至更好的日常小工具。

  你可能会问为什么先设计出宇航员登月舱的维生系统,而不是先为听力障碍患者造出有声阅读设备呢。答案很简单:解决工程问题时,重要的技术突破往往并不是按部就班直接得到的,而是来自能够激发出强大创新精神,能够燃起的想象力和坚定的行动力,以及能够整合好所有资源的充满挑战的目标。

  太空旅行无可置疑是一项充满挑战的事业。通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题。然而,它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外,这将产生数倍于原始花费的收益。

  由美国政府控制并提供资金支持的所有活动中,太空项目无疑最引人瞩目也最容易引起争议。尽管其仅占全部预算的1.6%,不到全民生产总值的千分之三。作为新技术的驱动者和催化剂,太空项目开展了多项基础科学的研究,它的地位注定不同于其他活动。从某种意义上来说,以太空项目对社会的影响,其地位相当于3000—4000年前的战争活动。

  如果国家之间不再比拼轰炸机和远程导弹,取而代之比拼月球飞船的性能,那将避免多少战乱之苦!聪慧的胜利者将满怀希望,失败者也不用饱尝痛苦,不再埋下仇恨的种子,不再带来复仇的战争。

  太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,它还能给我们带来全新的技术,全新的挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。

  我相信,人类从宇宙中学到的,充分印证了Albert Schweitzer那句名言:“我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望。”

  向您和您的孩子们致以我最真挚的敬意!

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