射电望远镜被誉为观测宇宙深空的 “天眼”。与传统的天文望远镜不同， 电望远镜被誉为观测宇宙深空的 它是利用接收宇宙中发射出来的电磁波信号来探测宇宙天体的，其优点是探测距离远，灵敏度高，特别是随着其接收信号的反射镜面的口径增大，探测的距离和灵敏度将大幅提高。
1609年，意大利科学家伽利略用自制的天文望远镜发现了月球表面高低不平的环形山，成为利用望远镜观测天体的第一人。20世纪40年代，外形类似巨型大锅的射电望远镜问世。随着科学技术的发展，“天眼”的反射镜面口径增大到100米、300米，利用这些巨型“天眼”相继发现了类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射，但仍不能满足人们对探测宇宙深空和地外文明的需要。
什么是射电望远镜？小编用一张图给大家科普一下：
令全球惊叹的超级“天眼”亮相
2016年9月25日，全球最大的单口径射电望远镜──中国500米超级“天眼”睁开它那巨眼观测宇宙。超级“天眼”的建成启用不仅标志着我国在科技前沿实现重大原创突破，而且也是中国跻身世界科学强国的一种体现。更引人注目的是，它将给全球科学家提供“慧眼”来探索宇宙深空的奥秘。
代表世界高科技先进水平的中国超级“巨眼”，将首批观测目标锁定在直径10万光年的银河系边缘，探索恒星起源的秘密，寻找地外文明，从而在世界天文史上镌刻出新的刻度。
气势宏伟壮观的中国超级“天眼”不仅令全球惊叹，而且获得了世界著名专家的高度评价。国际射电天文学研究中心教授安德烈亚斯·维切内克称赞说，中国超级“天眼”是一个工程奇迹，无疑显示了中国在发展高技术硬件方面取得了惊人的突破。美国著名科学家、诺贝尔奖获得者约瑟夫·泰勒说，超级“天眼”将会带来许多新的、重要的科技成果，并使中国在全球科技领域占据更重要的席位。
高新科技铸就世界最大 “天眼”
射电望远镜的工作原理是通过其面积很大的巨锅状反射镜面接收来自宇宙中由天体物质所发射出来的电磁波，并将电磁信号聚集增强，然后进行分析判断，以确定所探测的目标。射电望远镜的口径越大，观测的距离就越远。因此，建造口径更大的射电望远镜已成为天文学界的理想追求。
我国科学家于1994年提出建造口径500米超级“天眼”的构想，从预研到建成历时22年。设计与施工中，采用高技术创新科技打造成的世界最大口径、最灵敏的射电望远镜有以下几个特点：
一是大胆、巧妙地采用大自然造就的山谷天坑为超大型“天眼”安家。这个位于贵州平塘喀斯特地貌的天坑，其外形与巨锅状的反射镜非常吻合，就像鸡蛋卧在蛋杯里一样坐落在山谷中。天坑直径约600米，深达300米，底部平整，凹陷弧度均匀。这样，无需开山炸石，就可以在大幅减少工程量的情况下方便建造。而且周围人烟稀少，附近5到10千米范围内不会有干扰“天眼”正常工作的电磁波信号发射。
为选天坑，科技人员找遍了贵州的喀斯特地貌山区，初步确定了300多个候选洼坑。然后，通过计算机模拟工程填挖量，从中选出30多个进行实地考察，最后才选中这个形状很圆、大小和深度合适，而且适于施工建造的最佳自然天坑。
二是创新设计，制造了可以灵活转动的“天眼”。根据观测方向不同，这只巨型“眼睛”如同人转动眼珠一样，可以通过拉动索网来调整形似大锅的反射镜面方向，从而使超级“天眼”观测遥远的太空不存在方向上的死角。而号称当前世界第二大口径（300米）射电望远镜的美国阿雷西博望远镜，却是固定在地面上不动的。这样，美国的“天眼”只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域，而我国的超级“天眼”的创新在于利用巨型锅状反射面在射电电源方向上形成几百米的巨型反射面，更便于追踪深空移动的天体，其综合性能比美国“天眼”提高了10倍。
三是采用了世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个变位工作方式的索网体系，即由6670根主索和2225根下拉索完整拼出的超级“天眼”巨锅状反射面索网。这一索网用作超级“天眼”的骨架，其上铺装有4450块厚1毫米的铝合金制反射面板，总面积相当于30个足球场那样大。每块反射面板的背后都用钢索牵拉，就像人操控木偶那样，可以随着天体的移动来调整巨锅状反射镜面的方向，从而控制由6座高塔支撑的犹如超级“天眼”瞳孔的馈源舱，使“天眼”能灵活自如并精确地探测天体目标。这是一个无先例可循、极具挑战性的技术难题。
四是周到细致设计反射镜面板。镶嵌在索网孔洞上的每一块反射镜面板上都有孔，透光率可达50%。这样, 既可以防止反射镜面板上积聚雨水, 影响反射镜面探测电磁信号的性能, 又能将雨水渗漏到天坑底部的树木花草上, 加上有孔的反射面板透光性能好, 使这些植被生长丝毫不受影响。此外，超级“天眼”所处的喀斯特地貌既可以保障雨水向地下泄流，不会对设备的运行产生影响，又可以为“天眼”提供天然屏障，以免地球上的无线电噪音和气流干扰来自太空的信号。
五是施工和安装中攻克了各种技术难关。例如，我国自主研发的用于测量反射面板间距离的高精度角锥反射棱镜可以保证每一块反射面板的精确安装，将面板间的距离误差控制在0.1毫米以内，并使角度误差不超过0.1秒。再如，这个世界上跨度最大、精度最高的索网结构所用的高应力幅钢索，历经上百次拉索试验，才达到超级“天眼”工程对钢索疲劳性能的要求，而且高于国际标准1倍以上。
六是设计采用了6个高塔来悬挂和调整馈源舱，并以精密齿圈实现馈源接收机的空中转体，保证馈源相心始终对准焦点位置，从而实现对来自宇宙深空微弱信息的高效率接收。
超级“天眼”高强本领的闪光亮点
由于来自太空天体尤其是宇宙深空天体的电磁波信号极其微弱，从射电望远镜诞生至今70年来所有传统射电望远镜收集的电磁信号能量还翻不动一页书。因此，要探测宇宙边缘的信息就需要像超级“天眼”这样的超大口径射电望远镜。这是因为超级“天眼”具有超强的探测能力，它发现气体星云有望比过去提高10倍，发现脉冲星数量有望翻倍，还有望发现新的星际分子。利用传统射电望远镜已发现的2500颗射脉冲星全部位于银河系内，而超级“天眼”的首批探测目标便是依靠其超群的灵敏度搜寻河外星系的脉冲星。
位于贵州的500米口径球面射电望远镜被称为中国“天眼”
中国的超级“天眼”与号称“地面最大机器”的德国波恩100米射电望远镜相比，其灵敏度提高了约10倍 ；与被评为“人类20世纪十大工程之首” 的美国300米阿雷西博射电望远镜相比，其综合性能也提高了10倍。由于超级“天眼”比目前世界上所有射电望远镜都更大、更灵敏，因而在寻找外星生命方面它将探测得更快、更远，并将获得目前世界还没有的发现。有人形象地表述了超级“天眼”的超强灵敏度：如果来个时空穿越，即使嫦娥在月宫里打手机，也逃不出超级“天眼”锐利的目光。
超级“天眼”具有超强的探测本领，能接收到137亿光年以外的电磁波信号，这个距离接近于宇宙的边缘。因此，超级“天眼”能看到更远、更暗弱的天体，可观测的天体数目将大幅度增加。利用它可探测星际分子、搜索可能的星际通信信号，可以使寻找地外文明的概率提高5至10倍。
由于超级“天眼”最擅长探测中性氢,这是宇宙中最丰富的元素, 也是形成恒星的原料。通过探测中性氢可研究宇宙大尺度物理学, 以探索宇宙起源和演化。它的另一大科学目标就是观测脉冲星。脉冲星是恒星死亡后遗骸存在的一种形式, 属于高速自转的中子星, 是除黑洞外密度最大的天体。观测脉冲星不仅可研究极端状态下的物质结构与物理规律, 而且能为航天器提供精确的导航信息。据报道，超级“天眼”近期已接收到来自1351光年外的一颗脉冲星发出的脉冲信号，展现了它出手不凡的高超本领。
大有作为与广阔发展前景
超级“天眼”将在宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方面提供发现和突破的机遇, 也将在日地环境研究、国防建设、航天航空和国家安全等方面发挥着不可替代的作用。
我国老一辈天文科学家曾语重心长地说,拥有超级“天眼”这样的望远镜一直是个梦想。“二战”后,随着射电望远镜的问世, 接连涌现出类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现, 而我们由于缺少相应的观测设备使这些领域长期处于空白状态。现在梦幻变成现实, 我们要充分发挥拥有超级“天眼”的优势，迎头赶超，使我国成为世界科学强国。另外，这个超级巨型“天眼”除我国科学家使用外，未来两至三年将开放给外国科学家。
超级“天眼”还将在以下相关领域得到应用：一是可参与航天工程中的测控系统工作，把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至整个太阳系；二是用它来接收深空卫星的通信数据，从而把数据的下载速度提高100倍；三是可作为非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地球中高层大气、电离层和地磁场的有关参数，为子午工程（大型空间环境地基监视系统）做出贡献；四是超级“天眼”实际上就是安放在云贵高原上的一部超大型被动式雷达，以其更快、更远和更准的探测能力，将在军事战略上具有重要意义。
按计划，我国将打造立体的“天眼”集群，即将超级“天眼”和其他5座射电望远镜组成“天眼群”——甚长基线干涉测量网，并主导国际射电领域的低频测量网，从而更好地获取天体超细结构。
超级“天眼”将有可能取得重大科学突破。根据有关规划，在其保持世界领先的10年至20年里，它将预期观测到两倍于目前已知数量的脉冲星，发现10倍于已知数量的气体星云。目前，由于脉冲星的稳定性比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，因而被誉为“宇宙灯塔”，可用于航天器导航。脉冲星发出极为稳定的X射线脉冲信号，能为近地轨道、深空探测和星际飞行航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等自主导航服务。我国已于2016年11月10日成功发射了脉冲星导航试验卫星，并计划在未来5至10年持续探测26颗脉冲星，以开展新型导航技术的深入探索。
更值得期待的是，超级“天眼”将加入国际组织的“突破聆听”计划，开展外星生命的搜索探测。超级“天眼”500米口径的巨大反射镜面可探测到非常微弱的电磁波信号，发现外星文明的可能性将大幅度提高。
撰文|崔金泰
作者：崔金泰，科普作家。曾两次获得“成绩突出的国防科普作家”称号。
本文刊登在《今日科苑》杂志2017年2月刊科技随笔栏目。
