雨天遇暴雨（若遇到暴雨天眼）
雨天遇暴雨（若遇到暴雨天眼）FAST 全球最大的单孔径望远镜如果不局限于球面无线电望远镜，它也是仅次于俄罗斯RATAN-600环状射电望远镜的世界第二大单一口径的射电望远镜。今天我们通过FAST对本地宇宙进行大规模原子氢观察，对天体和星系的形成进行探索。这个像一口大铁锅一般的物体正是中国天眼，全称为500米口径球面射电望远镜，简称FAST。它是中国中科院天文台第一座超大射电望远镜，也是全球最大的单孔径望远镜。
FAST的诞生从地球到月球，再到火星、土星，太阳系的观察已经不能满足人类的求知欲，如今我们将目光望向远方，宇宙深空。
在这里，我们将借助射电望远镜来观察宇宙的秘密，了解我们星系的过去，研究宇宙的未来。
射电望远镜阵列
国内在最近的几年的天文观测中突然发力，我们在过去已经发现了数百颗脉冲新星。
今天我们通过FAST对本地宇宙进行大规模原子氢观察，对天体和星系的形成进行探索。
这个像一口大铁锅一般的物体正是中国天眼，全称为500米口径球面射电望远镜，简称FAST。
它是中国中科院天文台第一座超大射电望远镜，也是全球最大的单孔径望远镜。
如果不局限于球面无线电望远镜，它也是仅次于俄罗斯RATAN-600环状射电望远镜的世界第二大单一口径的射电望远镜。
FAST 全球最大的单孔径望远镜
FAST的基本设计来自已经坍塌的阿雷西博天文台，两者都是在天然形成的渗穴内安装固定的反射器进行建设。
从伽利略时代开始，光学望远镜的出现为人类打开了一扇新世界的大门，开启了人类借助科技装置探索宇宙的新纪元。
而在过去几百年的观察中，尤其是天文学在20世纪的迅速发展。
科学家认识了宇宙中的基本辐射和观测方法，同时也认识到传统光学设备对宇宙观测的局限性。
考虑到光和射电广泛存在于宇宙中，并且都属于电磁波。
但射电波长更容易帮助天文学家观测宇宙，尤其在光学段辐射非常微弱的情况下，射电的优势便体现出来。
阿雷西博与FAST的比对
考虑到这些，射电望远镜的构想开始在美国构建。1963年，传奇射电望远镜阿雷西博射电望远镜出现，口径达到了305米。
它静卧在洼地中，通过地球的自转和接收机来观测不同星空区域的天体信号。
阿雷西博射电望远镜在天文学方面的贡献不言而喻，并且给美国带来的了许多实质性的突破和研究。
中国在80年代末期也决定建设自己的天文观测台，到了21世纪，相关建设正式开始。
从结构设计来看，FAST与阿雷西博射电望远镜非常相似，但两者在口径差距表现巨大，简答来讲，口径越大，能够接收到的信号也就越多，并且工作也更稳定。
大面积的反射面提升了FAST的灵敏度，更多的支撑塔带来了安全性能。
FAST的精妙布局尽管两者在不少地方有着相似之处，但是FAST无论是设计建造，还是能力方面都高出阿雷西博望远镜几个量级。
从设计方面来讲，阿雷西博是有较大缺陷的，并且它的倒塌也正是因为这种缺陷让它彻底退役。
阿雷西博的反射面系统是固定球面，这就导致它反射的电磁波不能自动聚焦。
为了解决这一问题，美国天工程师为其加装了一套附加系统。
在远离反射面的高处添加一个二次反射系统，这样一来就能将接收到的信号进行聚焦。
传奇落幕
不过这样的设计导致阿雷西博望远镜变得十分笨重，总重量超过1000吨。
而承载它主要重量的则是依靠由18根钢缆悬挂的3个支撑塔上。
从这方面来讲，阿雷西博望远镜的形体结构容易出现不稳定，特别容易受到大风天气的影响。
此外，它的选址并不是完美的一个洼地，底部的地理结构让它没办法很好地利用地形优势来优化结构设计。
最终在长期的金属应力疲劳，以及多年的使用中，阿雷西博射电望远镜倒在了2020年8月的一场台风中。
因此我们在设计FAST的时候着重考虑了望远镜的地理位置选择、承重考量、安全加固、材料使用等等。
FAST 反射器的支撑结构
尽可能让FAST轻量化、结构更可靠，安全性能更高。
首先是球面望远镜的形体设计，我们抛弃了传统抛物面望远镜的结构设计，采用球面结构设计。
经过天文学家南仁东以及他的团队计算，只要可以满足合适的交比，300米的抛物面跟球面的偏离只有1.5%，大约为0.47米。
基于这一点，FAST便建立出基准球面，并以此为基础。
只需要建造出这个基准球面，再略微改变一下反射面形状，就能在球面上形成300米的抛物面。
这里面最关键的地方便是选址，将其建设在哪里，如何制造则是主要问题。
这时也许有人会提问，这么大一口“锅”放在这里，难道不会积水吗？
面对积水，必然会有处理方案
事实上这也算在了选址和结构设计中，正如我们前面所说，FAST的灵感来自阿雷西博望远镜，它的选址在喀斯特洼地中。
为了给FAST挑选一个合适的场地，我国从1994年开始便借助遥感探测在全国范围内进行天然大坑的筛选。
这个大坑必须满足大型工程建设，能够放下一台直径500米的射电望远镜，地基结构牢固。
同时最重要的，排水畅通无阻。经过专家们各地走访，挨个排查了400多个洼地后。
FAST的选址最终选在了距离平塘县城85公里外。罗甸县城45公里附近的金科村大窝峪岩溶洼地。
贵州最不缺的就是喀斯特地貌，并且当地有着极佳的天然大型地陷，俗称落水洞。
重庆奉节小寨天坑，典型的地陷
展望宇宙另外这里维度相对较低，能够观察到更南部的银河系物体。
亚热带气候温和，虽然会有雨雪天气，但不会出现结冰，这样便降低了一部分成本。
地下的排水效果良好，历史上当地也没有水淹和毁灭性地震的记载。
大窝当洼地位置
有了自然条件的保障，FAST的排水工作便很好解决了。
事实上FAST的表面是由4450块独立的三角形组成的大型抛物面，每个连接处都有细小的孔隙方便雨水渗透。
渗透出来的水流沿着隧道系统流向洼地的地下水水洞，完成引水循环。
所以我们也不用担心雨水会聚集在射电望远镜里面，要是真拿它来装水，FAST的储水量可以给全球每个人来4瓶标准量的矿泉水。
真要积水就可有得喝了
美国在过去几十年的天文建设中很少再有阿雷西博这样的大型望远镜，很大程度上就是因为这种装置比较依赖地形。
而美国的喀斯特地貌并不完善，但在中国，云贵川地区最不缺的就是喀斯特地貌，大大小小的落水洞数不胜数。
另外，就算选址能够满足，观测条件也是一大限制因素。
所以从这方面来讲，国内建设大型射电望远镜有着天然的优势。
要说这台大家伙的用处那可多了去了，FAST可以对宇宙起源进行观测，了解整个太阳系与地球的联系。
FAST有什么用
在无线电频率上，FAST能够通过观察了解到宇宙中的原子氢，中等程度的红移等等。
由于其灵敏度的提升，FAST能够更好地观测到毫秒脉冲星、双星脉冲星、河外脉冲星等。
其中最有看头的就是脉冲星-黑洞双星，它能为科学家提供黑洞的精确信息。
从2016年运行开始，中国在天文学方面的相关论文已经发表了数百篇，并且不少都是新发现的内容。
例如在2022年3月的观察中发现，电脉冲爆发起源来自宇宙中的双星系统中的磁星。
又或者是快速射电暴的观察，科学家已经发现了多个候选信号来源，并且锁定了几个相关的天体。
FAST 捕捉到快速无线电脉冲
中国天眼工程的成功帮助我们进一步了解宇宙，同时也在逐渐找回中国科学和文化自信，并使全世界重新了解到中国科技的魅力与贡献。
如今的观察还在继续，一个属于中国的天文时代正在开启。
