解读:中国复眼是什么?附中国复眼作用与意义

许多朋友对“中国天眼”耳熟能详,那是500米孔径球面射电望远镜(FAST)的昵称,但你很可能不知道北京理工大学正在重庆分期建造一个巨型的“中国复眼” 。
中国已经有了全球最大的“天眼”,为什么还要造“复眼”?这个“复眼”与“天眼”有什么不同?我们用它来做什么用?它会比“天眼”更强大吗?

解读:中国复眼是什么?附中国复眼作用与意义


“中国天眼”
与“中国天眼”第一个不同之处,“中国复眼”不是一座射电望远镜,它的全名叫“超大分布孔径雷达高分辨率深空域主动观测设施项目”,简称“分布式雷达”,顾名思义是由许多雷达天线共同组成的天文观测阵列,这些雷达可以各自工作,也能共同协作探测更远更小的天体 。
“中国天眼”是一座巨型射电天文望远镜,它的直径达500米,而“复眼”由20余座“小型”天文雷达组成,最大的直径只有30米左右,所有天线加起来的等效口径也仅相当于1台100米孔径大天线,跟FAST比简直“弱爆了” 。
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“中国复眼”是一组雷达天线阵列
不仅是等效孔径比“天眼”小太多,咱们正在造的这个“复眼”还是个“近视眼”,它只能看清楚1.5亿公里(相当于地球到太阳的距离)范围内的东西,更远的就模糊了 。相比之下,“中国天眼”却能接收到几十万光年以外的信号!
为什么会是这样?难道是“复眼”不如“天眼”,中国的望远镜越做越差吗?并非如此 。公平地讲,“中国复眼”建成后,将是全球最先进的分布式雷达系统,用来观察太阳系内的天体,它比“天眼”要锐利许多 。
中国天眼是一台射电望远镜,它只能“看”——通过接收遥远天体发射的电磁波信号,分析这些天体的特征 。如果天体不发射电磁波或者发出的电磁波不够强,“天眼”就看不见,所以用FAST观测火星勉为其难,更别说用它来跟踪太阳系里数以亿计的小行星了 。
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雷达通过接收反射波探测物体
与单纯接收电磁波的射电望远镜不同,雷达可以利用发射机向外发射电磁波信号,就像是暗夜里的探照灯 。通过接收从目标反射回来的电磁波,雷达就能发现目标,并且分析出它的形状、表面细节和移动速度 。
但是雷达波的能量会随着传输距离的增加而扩散稀释,距离越远,单位面积的信号就越弱 。信号能量的强弱与距离的平方成反比,信号从目标反射回来还要经历相同的能量衰减过程,在最理想的状态下,雷达接收到的信号遵循“逆四次幂定律”——“平方反比”再“平方反比” 。
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平方反比定律
在距离一定的情况下,为了接收到足够清晰的信号,我们需要做到以下几点:
1、增加电磁波的发射功率;
2、增加接收器反射面的面积;
3、提高接收器的灵敏度 。
由于制造单体巨型雷达的工程难度极大,科学家们借鉴昆虫“复眼”的原理,用许多台大功率高灵敏度的雷达组成“天线阵列”,利用分布式技术达到一台巨型雷达的效果 。
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雷达阵列相当于昆虫的复眼
“中国天眼”是个“远视眼”,它主要用于接收几千光年以外的恒星、星云和脉冲星发出的信号;“中国复眼”主要用来“看近”,对几千万公里内可能对地球产生威胁的小行星进行照相,测量其大小和运动轨迹,判断它们可能与地球相遇的时间,好让我们提前准备,避免恐龙灭绝的悲剧再次发生 。

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