世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜在贵州喀斯特天坑中架设完成

还记得“锅盖天线”长什么样吗？

2016年7月3日，直径500米、迄今全球最大的“锅盖”在贵州喀斯特天坑中架设完成。

它就是500米口径球面射电望远镜，世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜。

它被称为“天眼”，用来倾听宇宙深处声音、观测宇宙奥秘。

从老式电视上的雪花点说起

当老式电视收不到信号时，屏幕上不是一片空白，而是闪烁着密密麻麻的雪花点。其实，这些雪花点就是电磁波信号，其中也包括来自太空的射电辐射。

1933年，美国贝尔实验室的科学家用一台灵敏度很高的接收机意外发现了来自银河中心稳定的射电辐射，从此开启射电天文学的大门。

用过“锅盖天线”的人知道，锅盖口径越大，电视画面越清晰。对于射电望远镜来说，口径越大看得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的“锅盖”，以提高射电望远镜灵敏度。

中国科学院国家天文台研究员、500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说，射电望远镜在设计建造之初就曾遇到经费紧张，但不管减什么科学家们都不愿缩小望远镜的口径。

“宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的‘耳朵’，根本就分辨不出来。”中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程首席科学家、总工程师南仁东说。

此前，世界上最灵敏的射电望远镜，分别是德国波恩100米望远镜和美国阿雷西博300米望远镜。前者是可以移动“摇头”的，后者则借助波多黎各岛上的喀斯特洼坑建造。

1993年国际无线电联大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议，渴望在电波环境彻底毁坏前，回溯原初宇宙，解答天文学中的众多难题。

“造世界第一大口径射电望远镜，是南仁东老师和几位前辈的梦，体现了中国天文学家的鸿鹄之志。”彭勃说。

1995年底，北京天文台联合国内20余所大学和研究所，成立了射电“大望远镜”中国推进委员会，提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面，即“阿雷西博型天线阵”的喀斯特工程概念。

此后，中国科学家们进一步推进喀斯特概念，提出独立研制一台新型的喀斯特单元，即500米口径球面射电望远镜。

为了给新一代射电“大望远镜”安家，科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。彭勃回忆说，当时天文台委托两家院所进行独立搜寻，从300多个候选洼坑中遴选。结果，位于黔南州平塘县的大窝凼两次都获最高分。

贵州天然喀斯特洼坑提供的条件，始终都是中国大射电望远镜最独到、成为世界最大最强的基础。

中国大射电望远镜不只是大一圈

无论是置身大射电望远镜边上，爬上附近山顶的观景台，还是通过虚拟现实视频，你都能直观感受它的第一特点——大。科学家们形容它是一座“观天巨眼”。

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。

“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。”王启明说。

但大射电望远镜绝不是金属堆砌的“傻大粗”，它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台，加之馈源舱内的并联机器人二次调整，它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下，可实现毫米级指向跟踪，确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。

大射电望远镜的建造工艺也是精益求精。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。

“我们的最初设计理念源自美国阿雷西博望远镜。但跟阿雷西博相比，主动反射面系统是我们最大的创新。”彭勃说，大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，极大提升观测效率。

阿雷西博望远镜是固定望远镜，只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中的一个约20度的带状区域。而主动反射面让中国大射电望远镜拥有更广的观测范围，能覆盖40度的天顶角。

大射电望远镜的工作频率比较广。彭勃说，馈源舱内配置了覆盖频率70MHz～3GHz的多波段、多波束馈源和接收机系统。

中国科学院国家天文台副台长郑晓年说，100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”，中国大射电望远镜与它相比，灵敏度提高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜，50多年一直无人超越，中国大射电望远镜跟它相比，综合性能提高约10倍。