大家好，欢迎来到IT知识分享网。
一、FAST是球面还是抛物面的？
有人认为是球面的，还有人认为是抛物面的。其实，验明正身很简单，到FAST官网看一下就明白了。打开FAST网站，首先映入眼帘便是非常醒目的中英文双语标题：
中文名：500米口径球面射电望远镜
英文名：Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope
请看下图中红框内的文字：FAST第3个字母S=Spherical=球面的
图1：FAST网站首页
从目前公开出版物发表的专业人士的学术文章来看，是“球面”望远镜确定无疑。
FAST望远镜技术指标：
- 球反射面：半径 300m，口径 500m
- 有效照明口径：300m
- 焦比：0.467
- 天空覆盖：天顶角 40°
- 工作频率：70MHz～3GHz
- 灵敏度(L波段)：2000
但是一些怀疑也是不无道理的，因为球面不能完美的汇聚来自远方的平行光线（或电磁波），只有抛物面才能对平行光线有理想的聚焦。那么固定球面望远镜是如何解决聚焦问题的呢？下面加以简单的介绍。
二、常见望远镜反射面的类型简介
大型射电望远镜的反射面，常见的有抛物面、球面和柱面等类型。
1）旋转抛物面是大型全可动射电望远镜中应用最多的形式，国内已建成的国家天文台云南40米和密云50米天线，上海天文台25米天线等，都是传统的抛物面天线。目前全可动抛物面射电望远镜的尺寸极限大约是百米量级，如果尺寸继续加大，已经超过当前工程技术局限了。我国云南景东在建的120米天线，是当前世界最大的全可动抛物面射电望远镜。
图2：云南景东在建的120米全可动抛物面天线（在建）
2）固定球面是巨型望远镜所采用另外一种形式。因为把球面固定不动，可实现更大口径射电望远镜的建设。球面和抛物面底部很接近，便于二次修正的聚焦补偿。最具代表性的是美国的305米Arecibo望远镜和我国的500米FAST望远镜。FAST采取了不同于Arecibo的技术，后面将介绍固定球面如何解决聚焦的问题。
图3：美国的305米Arecibo球面望远镜
图4：中国的500米FAST球面望远镜
3）抛物柱面天线效率较低，一般应用于低频或特殊需求的场合，例如天籁项目中用于暗能量射电探测的阵列即使用了抛物柱面天线。
图5：新疆天籁抛物柱面天线
三、为什么全可动望远镜是抛物面的
因为“全可动”首先解决了可视范围宽的问题，所以剩下问题便是追求聚焦效果，对于接受平行光线而言，抛物面是比较理想的方式。抛物面能将平行光汇聚到一点，旋转抛物面射电望远镜汇聚信号的基本原理与汽车车灯装置利用抛物面发射平行光的原理类似。
图6：抛物面对入射的平行光线聚焦
而球面聚焦后得到的不是一个焦点, 而是一个对焦的区域, 集中在一条主焦线之上，对聚焦和成像的准确度产生影响。
图7：球面反射焦点分散在一条主焦线上
因此，旋转抛物面是大型全可动式射电望远镜最广泛使用的形式，它可以获得较高的天线效率，接近全天域的空间观测范围。但由于跟踪观测时整个天线需要随目标源旋转，天线口径的增大也受到工程限制。目前，旋转抛物面射电望远镜的最大孔径仍然限制在百米的数量级。
四、为什么巨型望远镜是固定球面的
首先它超过了全可动望远镜的尺寸极限，被迫选择了固定式，这是基本前提条件。如果固定式望远镜被设计成一个抛物面形状,那么它只能被动的观测局部区域, 无法满足观测天文目标宽视场的要求。
图8： FAST 几何光路图
固定球面可以比固定抛物面观测较大的区域。虽然聚焦区随着天体的位置一直变化, 但是可以用馈源舱移动对焦, 从而实现跟踪观测。
图9：可移动的馈源舱
五、Arecibo球面望远镜聚焦的方式
Arecibo望远镜选择聚焦的方式是，首先接受固定球面反射的聚焦不理想的信号，然后再采取补偿修正的方法来改进信号的质量。
Arecibo 305米望远镜采用固定球面设计方案。因为球面把光（电磁波）汇聚在一条线上，为了接收信号，线馈必须是线状的，Arecibo用了一个棍棒状的线馈。但是由于信号的色散，线馈能接收的频率带宽受仍然到了限制。
后来Arecibo又加以改进，增加二次镜、三次镜的反射来修正汇聚的焦点（类似Gregory望远镜采用的光路），使得固定球面的Arecibo能把信号汇聚在一点上。
图10：重达350多吨Arecibo的馈源舱
六、FAST球面望远镜聚焦的方式
FAST则从根源上入手，直接把基于球面基座的反射单元做成微动可调的。
先说一下FAST的结构，FAST其实不是一支500米的大眼睛，它这只大眼睛是由4450个被称作反射单元的小眼睛组成的，就像昆虫的复眼一样。
图11：三角形单元的结构
4450个长度11米的三角形单元安装在整体索网上，在2300个交叉索的节点处安装下拉索和被称作“促动器”的驱动机构。
图12：工程师在检查节点处的液压促动器
这些反射单元统一由FAST总控室的计算机来进行控制，在“初始”状态下，这些三角形单元拼合成500米口径球冠，当它们集体动起来的时候有点像做团体操表演，根据需要生成瞬时抛物面。
图13：FAST总控室
七、总结
1. FSAT和Arecibo属于固定球面望远镜，因为反射单元都是安装在固定的球面基座上。
2. Arecibo是传统的固定球面望远镜，它的反射面是固定的，其焦距补偿通过长条型的线馈接受信号，以及增加二次镜、三次镜的反射来修正汇聚的焦点。
3.FAST是在传统的固定球面望远镜基础上，改进的新一代球面望远镜，它既有传统的固定球面基座，又有独立微动可调的反射单元，其焦距补偿采用“主动反射面技术”，来实现在照明口径内实时的形成瞬时抛物面。
4. 本文的介绍到此结束，难免有遗漏或不当之处，欢迎批评指正。部分叙述或图片引自公开出版物，如有侵权，欢迎与作者联系。
参考资料：
FSAT官方网站
国家天文台官方网站
科研信息化技术与应用.201 2, 3 (4): 67–75
The University of Texas at Austin 网站公开文章
免责声明：本站所有文章内容,图片，视频等均是来源于用户投稿和互联网及文摘转载整编而成，不代表本站观点，不承担相关法律责任。其著作权各归其原作者或其出版社所有。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,侵犯到您的权益，请在线联系站长,一经查实,本站将立刻删除。 本文来自网络,若有侵权，请联系删除，如若转载，请注明出处：https://yundeesoft.com/64415.html
