为什么物理学家预测能准确预测百亿光年外的天文事件

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-04-30 19:48 标签： 物理学家预测

2018年7月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称“长春光机所”）完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制，这是目前世界上口径最大的单体碳化硅反射镜。

　　2018年7月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称“长春光机所”）完成了4.03米大口径碳化硅反射镜研制，这是目前世界上口径最大的单体碳化硅反射镜。通俗来说，反射镜就像一只“大眼睛”，如果把它装到天文望远镜里，将极大提升望远镜的分辨率。

　　这项成果标志我国光学系统制造能力跻身国际先进水平，并为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。从粗糙的镜坯到精细的镜面，要经过怎样的制作过程？造大口径反射镜究竟难在哪里？科研人员如何“十年磨一镜”？本期科技能见度，就让我们一起来探寻这只“大眼睛”的不同寻常之处。

　　口径决定天文望远镜观测极限

　　自1609年伽利略发明天文望远镜以来，无论是从地面仰望星空，还是从空间俯瞰大地、纵观寰宇，想要使光学系统的观测能力不断提升，都离不开一个关键——口径。

　　在光学望远镜中，能够分辨两个相邻物像的极限分辨角越小，光学望远镜的分辨率就越高，而极限分辨角由光的波长和主反射镜的直径决定。

　　著名的哈勃太空望远镜，口径达到2.4米，最远已可观测到距离地球134亿光年的宇宙深处。AEOS先进光电地基望远镜，口径为3.67米，可探测近地轨道上0.1米大小的碎片。锁眼12（KH—12）卫星相机，口径超过3米，对地分辨率可达0.1米，这也是目前人类可以获得的分辨率最高的空间对地遥感数据。

　　大口径光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，其制造技术水平是衡量一个国家高性能光学系统研制水平的重要标志。

　　记者从长春光机所了解到，现代大口径光学系统均采用反射式结构，其中主镜口径直接决定了系统的分辨能力，同时也是系统中制造难度最大的核心关键；当口径超过一定量级时，会对光学材料和光学加工带来巨大挑战。

　　为保证望远镜的分辨率和成像质量，光学系统对反射镜的面形精度有着苛刻的要求。对于大口径光学系统而言，这种精度要求不会随着口径的增大而降低。

　　以可见光波段观测为例，面形精度要求至少在1/30以上波长，可理解为光滑的镜面起伏不超过20纳米。这就好比将4米量级的反射镜放大到北京市大小的面积上进行土地平整，其中的难中之难，则是土地平整度要小于1毫米。如此高的面形精度，对于反射镜镜坯材料和光学加工技术都提出了苛刻要求。

【中国FAST将睁天眼】由中国研制和建设的世界最大单口径望远镜——500米口径球面射电望远镜(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，简称FAST)将于今年9月投入使用。该望远镜将被用于探索太空，可追寻地外生命尤其“外星人”(学名“地外智慧生命”)

这个被誉为“中国天眼”的FAST与号称“地面最大机器”的德国波恩100米射电望远镜相比，其灵敏度将提高约10倍;与被评为“人类20世纪10大工程”之首的美国阿雷西博305米射电望远镜相比，其综合性能提高约10倍。专家们认为它在今后二三十年时间内仍能保持世界一流地位。FAST可遥望百亿光年星际;这意味着，远在百亿光年外的射电信号，它也有可能“捕捉”到。

基于FAST的强大功能，如果银河系(直径约为15万光年)内存在外星人，他们的信息就很可能被发现。国际科研项目“搜寻外星人计划”(SETI)的首席科学家丹·沃西默最近向中方提出，希望在FAST加装设备，可合作搜索外星人信号。

寻找外星人是否对人类有威胁，对此问题学术界一直都有争论;半个世纪来，“外星人威胁论”比较流行。例如：1974年，阿雷西博射电望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发送无线电信号;诺贝尔物理奖得主、英国天文学家马丁·赖尔得知此事后，就给联合国写信极力反对人类主动与外星人建立联系;在他看来这些信息很可能会暴露地球人的存在，有可能招来杀身之祸。又如：英国进化生物学家西蒙·莫里斯2011年在《皇家学会哲学汇刊(A辑)》撰文指出：外星人的进化过程可能与达尔文理论本质上是一样的，这就意味着外星人可能很像我们人类;毫不掩盖地说，他们甚至可能也拥有暴力倾向。

科学家们是怎么看到距离几百亿光年的星系的?
最近听广播,说科学家最近发现最年轻的星系,离地约几百亿光年.据我所知,光年是以光的速度跑一年的路程,比天文数字还天文数字的距离,人自己跑过去看是绝对不可能的了,而且,天文望远镜能看那么远吗?他们是怎么看到并发现的?中间有无数再无数的星球或太空物体阻挡实现,科学家们是怎样全部饶过去而发现这些星系的呢?
　　用射电望远镜!这种射电望远镜天线看起来就是一个巨大的“碗”.天线用金属制成.一般说,天线的直径愈大,接收的射电波愈多,分辨率也愈大.人眼能够看得清,分得开的两上物点的角距大约是1角分（1度等于60角分）,如果两个物点靠得很近,它们的角距小于1角分,就分辨不出来,只看成是一个物点.因此1角分就是人眼的分辨率.如果用光学望远镜去看物体,分辨率就会大得多；望远镜的口径越大,分辨本领越高.若用120折反射望远镜去观测,分辨角约为1角秒（1角分等于60角秒）,比人眼分辨率高60倍.射电望远镜的天线可以转动,以便指向天空任一方向,并能进行跟踪.目前世界上最大的全可动抛物面天线射电望远镜的天线直径已达100米.它的可动部分重3200吨.100米直径天线的分辨率约为33角秒,相当于从125米外看一枚2分硬币.

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