“中国天眼”FAST能和外星人联系上吗怎么写？( 二 )

图2.密云模型下面已经有好几米的积水了
把一个五百米口径的球面反射面放到一个卡斯特洼地里是不是就可以了？不是，如果要实现聚焦，我们必须想一些办法。我们知道抛物面可以将平行光聚焦。来看一段抛物面聚焦的视频。那么抛物面是不是必须的，是也不是。美国的Arecibo望远镜也座落在喀斯特洼地里，也是球面，实现了聚焦，但是通过复杂的光路实现的。这带来的问题是支撑馈源舱的平台很大、很重。放大到FAST这样的尺度，这个平台的重量会达到一万吨，这是不太现实的。所以FAST的聚焦需要抛物面。为了实现这一点，FAST的反射面必须主动变形。这是FAST的光路图，在观测的时候，使用下拉索调整口径300米区域的一部分反射面单元，可以形成一个抛物面，观测不同方向的源，使相应区域的反射面变形为抛物面。同时，馈源舱携带馈源在焦面上运动，保证相位中心总是处于抛物面焦点。
信号聚焦之后，由接收机接收，转换为数字信号进行处理。由于望远镜和观测室距离超过一千米，为保证衰减较小，信号是通过光纤传输的。FAST目前有七套接收机，覆盖了70 MHz-3 GHz频段。其中超宽带接收机和多波束接收机是两台进行了试观测，取得了观测成果的接收机。左边是超宽带接收机，右边是多波束接收机。
一台望远镜能观测什么，取决于和观测有关的一些因素。其中包括但不限于灵敏度、空间分辨率、时间分辨率、频率分辨率、带宽、积分时间、地理位置、天顶角、人力及思想（Human bandwidth）。抛开积分时间、带宽等因素，评价一台望远镜的本征灵敏度可以用有效接收面积除以系统温度。所以要想本征灵敏度高，有效接收面积要大，系统温度要低。一度，我们对FAST的这个指标没有信心，觉得大概达到1600平方米每开尔文都很困难。但现在看来2000平方米每开尔文是可以达到的。有效接收面积当然不能增大，主要是系统温度降低了，近年来，世界上的接收机技术进步了。使用19波束接收机，FAST的系统温度大约为20K，这就到达了2000平方米每开尔文。FAST在1.4 GHz的波束宽度是2.9角分，满月的宽度是30角分，人眼的分辨率大约是0.3角分。所以从看清楚的角度来说，FAST不如人眼，不过已经很不错了，很多射电望远镜看月亮都只是一个点。关于时间分辨率，由于FAST是数字采样，可以很高，首先的限制是时间宽度和频率宽度之间的不确定关系，这是傅里叶变换的性质造成的。目前为了探测毫秒脉冲星，时间分辨率设为几十微秒。关于频率分辨率，参考时间分辨率，也要满足不确定关系。为了搜索外星文明信号，最高频率分辨率为5 Hz 。对应0.001km/s的视向速度分辨率。另外，FAST位于北纬25.6度，可观测天顶角40度，不过，由于地球转动，FAST可观测天区可不是一个椎体！还有一个因素，经常被忽视，就是人和思想。望远镜能观测什么，自身因素固然重要，但如果人不能把望远镜用好，那望远镜能做的事也很有限。