被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)自启用以来,已在银河系内探测到超过千颗脉冲星,其中包括人类迄今观测到的最暗弱脉冲星。这座全球最大单口径射电望远镜凭借其卓越的灵敏度,持续为天文学界带来突破性发现。
这座巨型望远镜选址于贵州平塘县的大窝凼喀斯特洼地,其天然地形特征显著降低了建设成本。科研团队历时十余年,从400余个候选地中筛选出最优台址,利用周边山体形成的天然屏障,有效屏蔽了无线电干扰。该区域独特的喀斯特地貌不仅减少了土石方工程量,更为望远镜的稳定运行提供了理想环境。
建设过程中,工程团队攻克了多项技术难关。主动反射面系统由4450块三角形面板组成,通过2225个促动器实现毫米级精度调控,可在观测时实时形成300米口径抛物面。馈源舱驱动系统采用三级控制技术,将30吨重的舱体稳定悬吊于140米高空,位置误差控制在4.8毫米以内。索网结构则采用6670根主索编织,其疲劳性能达到国标2.5倍,可承受200万次循环加载。
相较于射电望远镜阵列,FAST在灵敏度方面具有显著优势。单口径设计使其有效接收面积达到世界领先水平,能够探测到更暗弱的天体信号。以脉冲星观测为例,FAST的灵敏度较305米口径的阿雷西博望远镜提升2.5倍,较百米级望远镜高出十倍以上。这种特性使其在搜寻微弱射电源时具有不可替代性。
射电望远镜的性能主要取决于灵敏度和空间分辨率两个指标。前者由接收面积决定,面积越大捕获的电磁波越多;后者则与口径直接相关,口径越大分辨能力越强。虽然射电望远镜阵列可通过延长基线获得超高分辨率,但在探测暗弱信号时,单口径望远镜的灵敏度优势更为突出。FAST首席科学家指出,其灵敏度较百米级望远镜高出一个数量级,这是阵列系统难以企及的。
为弥补单口径望远镜在分辨率方面的不足,FAST核心阵工程于2024年启动。该计划将在望远镜周边5公里范围内建设24台40米口径辅助望远镜,形成“主镜+阵列”的混合观测系统。这种设计既保留了FAST主镜的高灵敏度特性,又通过超长基线干涉将角分辨率提升至毫角秒级,实现了灵敏度与分辨率的双重突破。
混合系统的构建标志着射电天文观测技术的重大革新。主镜作为“信号收集心脏”,持续捕捉宇宙中最微弱的电磁波;辅助望远镜阵列则通过精确同步观测,形成等效于数百公里口径的虚拟望远镜。这种配置使FAST能够同时实现“探测暗弱信号”与“高分辨率成像”的双重目标,为研究脉冲星、快速射电暴等天体现象提供了前所未有的观测手段。