基建狂魔又要干1件前无古人后无来者的事,再造5口500米大锅
射电望远镜有一个向下凹的抛物面天线、或者球面天线,跟炒菜锅形状一样,所以俗称是大锅。
中国有一个世界上最大的锅,位于贵州平塘县的500米球面射电天文望远镜,英文全称Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST。
当然,射电望远镜这个锅和普通家用炒菜的锅还是有点区别的,炒菜的锅要防止汤汤水水漏下去,所以锅上面不能有孔,但是射电望远镜的锅上面是可以有孔的。
只要孔的直径大于需要聚焦的电磁波波长就可以了,只要波不会穿过孔漏到下面,对于波来说,这口锅就是绝对是密封的。
在FAST建成之前,世界上最大的锅是位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜,它也是利用一个凹陷的山口建成的,但是它的直径只有305米。
虽然FAST的口径是世界上最大的,但是它发挥的作用并没有达到和它的口径那么大的效果,因为射电望远镜现在的发展方向是射电望远镜阵列。
所谓的射电望远镜阵列,就是把分布于遥远距离的射电望远镜通过计算机网络联系在一起,通过计算机的处理以后,射电望远镜口径可以相当于几千公里。
望远镜对于天体的观测有两个重要指标,一个是灵敏度,还有一个是分辨率。
灵敏度和望远镜的接收阵面大小有关系,分辨率和望远镜的口径有关系。
所以,如果就灵敏度上来说,中国贵州这个500米大锅是世界第一,但是口径和射电望远镜阵列的几千公里相比,还有很大差距。
2019年人类拍摄的第1个黑洞照片~M87黑洞,就是由射电望远镜阵列拍摄的。射电望远镜分别分布于美国、智利、墨西哥、南极、格陵兰岛和法国,这个望远镜阵列被称为事件视界望远镜,它的口径接近地球直径。
所以观察M87黑洞的时候,我们国家的500米口径射电望远镜实际上是没有发挥什么重要作用。
假如用贵州大锅去观察M87黑洞,没有办法分辨出黑洞的形状、周围吸积盘等细节。
为了充分发挥500米口径射电望远镜的作用,只能建设射电望远镜阵列。
中国科学院院士武向平最近表示要另外再造5口500米口径的射电望远镜,和原来的贵州大锅FAST形成组合,形成阵列。
中国号称基建狂魔,建设的工程又好又快,而且还便宜,再建5口锅总预算为60亿元,这个价格国外是拿不下来的。
而且建造这种基础设施会消耗国内过量的建材和钢材,拉动GDP。
从最合理的布置方式上来说,射电望远镜的阵列最好是呈十字形,也就是中间一口大锅,然后在地球的半径处各放置4口大锅。
为什么要再造5个大锅呢?可能是适合建设500米口径望远镜的位置不太好选,所以增加了一个。
如果这6口大锅同时启用,整个接收阵面积已经超过了直径1公里的射电望远镜,既有很高灵敏度又有很高分辨率,领先世界50年。
我们这里讲的分辨率是指角分辨率。因为望远镜没有办法看到物体的远近,只能看到物体的视张角,就比如说一个人如果近视眼的话,能够看到1公里处1千米高的山脉,那么视张角就是45度,如果10公里外的山要被看到,那么这山要高10公里。
月亮和太阳看起来一样大小,实际上它们直径相差了220万倍,但是观察它们的视张角是相同的,所以看起来会一样大。
基本上望远镜的角分辨率每增加一倍,探测距离就会增加一倍。
所以另外5口锅一定要建,否则贵州这口锅时间一长就会被废了。
射电望远镜阵列除了能够定位宇宙空间中的射线源以外,还能够进行深空测控 也就是说它可以作为雷达使用。
日本曾经发射过一个到外太空小行星上取样并且返回的卫星,叫做隼鸟号。
很多人都觉得日本这个技术非常先进,因为它飞得很远,而且定位很精确,其实这个跟日本没有关系,主要是西方的测控体系遍布世界各地。
因为我们国家以前没有海外殖民地,所以我们国家分布在全世界各地的测控点相对比较少,有的时候必须租用别人的测控站。一个测控站,实际上就是一口大锅。
我国现在最远的深空探测计划是到火星。如果要超过火星到木星、土星去探测,必须要建立自己的深空测控网。
从理论上来说如果有可能的话,要建成的这5口锅之间的距离分布越远越好。但是地球上相隔最远也就是一个地球的直径,如果能够在月球上建一口大锅,那么分辨率比分布在地球两端的锅要提升35倍,比现在的单口锅分辨率提升76万倍。
而且月球上建锅有一个巨大优势,可以利用那里的天然地形~环形山,环形山的规模动则几公里,可建的锅也会很大。
不管是从对深空观测的角度,还是作为外太空基地,月球都是必须被征服的。