中国天眼遇暴雨变湖泊?导水主要靠2点,筹备用了近22年
作者/吴一千
中国天眼全称500米口径球面射电望远镜(英文简称FAST),是世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜,在中国天眼之前,称为世界之最的是美国的300米口径阿雷西博望远镜(Arecibo),在1974年建成后的50年里,一直无人超越,直到中国天眼出现。
中国天眼的建设耗资耗时,自1994年由我国天文学家南仁东提出设想以来,经历了22年风雨才建成,共耗资近6.67亿元人民币,建设面积28000平方米,直到2020年1月份才通过国家验收,正式使用。这是一个非常宏大的工程。
从高空俯瞰中国最大射电望远镜"天眼",它的形状如同一口汤锅,放几个饺子也毫不违和,因此不少人可能都会问:假如遇上大暴雨,会不会填满?中国天眼如何排水?中国天眼的地势和结构决定了它无法存水
中国天眼位于贵州省平塘县克度镇大窝凼的一处喀斯特洼坑中,因为中国天眼是球形的,并且直径有半公里,形似一个大碗,之所以选择这样的"碗形"地貌,就是为了减少开挖的土方量,省钱。
经过相关团队考察,大窝凼地形主要为喀斯特地形,以可溶性岩石为主,经过长期的雨水或地下水冲刷,早已经形成了大量地下河以及溶洞,所以根本不用担心中国天眼被雨水淹没,甚至形成堰塞湖。这种地形的缺点是地表存不住水,所以无法种粮食,但没想到"变废为宝",特别适合中国天眼。
中国天眼即使海平面上升也不会淹没,因为其最低点大概就1200米,这意味着高出海平面1200米,而海平面上升1200米是不可能的,假如真的到了那一天,人类能否继续生存都成了问题,哪里还有心思探索太空呢?
中国天眼最主要的部分,即"大锅"部分,是由4450块反射单元拼接的,如果靠近看,反射单元并非实心,而是在上面布满了密密麻麻有规律的小孔,小孔的大小是经过专门设计的,有排水的作用,其他作用是减轻重量,透光,通风。
中国天眼有什么用?为什么这么大?
使用过卫星锅或者天线都知道,如果把电视调到没有信号的频道,屏幕上就会出现雪花加嗡嗡的噪音,这些信号大约有1%是来自宇宙深处的电磁波信号,是宇宙大爆炸后的残留信号。跟卫星锅类似,中国天眼用于探索宇宙深处的信号。
大锅能比小锅接收到更多台,信号质量也更好,射电望远镜与此类似。自1931年美国天文学家在自家后院搭起第一架9.5米的射电望远镜算起,全世界所有的射电望远镜所采集的能量,连一张纸都翻不动。中国天眼面积相当于30个标准足球场,有利于捕捉宇宙中微弱的信号。
中国天眼主要有两大目标,分别是巡视中性氢和探索脉冲星。中性氢就是不带电的氢原子,但是只有原子跃迁才会发出能量,但中性氢没有电磁波发出,怎么检测呢?其实处于基态的中性氢会有一定几率产生自发跃迁现象,此时会散发能量被我们捕捉到。
因为氢原子结构简单,只有一个质子和一个电子,宇宙形成之初质子电子相互结合,因此产生了大量的氢原子,氢原子也是宇宙中最丰富的物质。通过探索中性氢的分布,我们可以摸清宇宙的质量和结构。
中性氢能看到普通光学望远镜难以看到的部分
脉冲星的产生是因为高速旋转的中子星从磁极不断放射出高能辐射,类似灯塔一样,每转一圈就是一个周期,脉冲星也有这样的周期,我们对此主要有两种应用。
对多个脉冲星进行观测,可以建立脉冲星计时阵,这是自然界存在的一种非常准确的时钟,在毫秒级可以媲美原子钟。
可以这样说,在地球靠卫星定位,在太空靠脉冲星定位。脉冲星因为能被不断观测到,且具有规律性,所以很容易在天空确定其位置,这样多个脉冲星就如同大海中的灯塔,可以指引深空探索飞行器,中国天眼可以帮我们建立脉冲星自主导航系统,因为人类未来极大可能会向外太空发展。美国"天眼"的现状怎样了?
在中国天眼建成之前,美国的阿雷西博射电望远镜是全世界最大的单孔径射电望远镜,口径大小为305米。和中国天眼类似,考虑到防水和工程量,阿雷西博射电望远镜也在溶洞地形的一处凹坑内修建,那么它的现状如何?
因为在2017年遭受飓风"玛丽亚"破坏,而且在2019至2020年间又被地震影响,最终望远镜的"大锅"完全损坏,而且早在2006年,美国国家科学基金(NSF)就不资助了,于是阿雷西博望远镜在2020年11月19日宣布退役,如今锈迹斑斑,如同一堆破烂。
中国天眼跟它相比,综合性能提升了大约10倍,并且在未来20到30年内会保持世界一流水平。
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