IG物理---FAST 500米口径球面射电望远镜，样子不像望远镜？：IG物理---FAST500米口径球面

原标题：IG物理---FAST500米口径球面射电望远镜，样子不像望远镜？
在我们的三大课程体系A-Level,IB,AP当中都有一块折磨着广大学子，且不可避免的知识，在IGCSE阶段就会学到，那就是Waves波。
波的知识,其实我们日常生活中处处都涉及。例如，声音，光，微波等等都是非常常见的波的知识点。而我们的考题往往也会围绕生活中常见的内容来进行设计。拥有扎实的知识储备，和对于身边现象的细心观察，能够帮助我们在学习中事半功倍。
比如说，从中国的500米口径球面射电望远镜中就能提炼出有关电磁波、能量以及几何光学的相关知识。
那具体它们之间到底是如何联系起来的呢？下面就来一一说明。
提到望远镜，我们脑袋里一下就会想到的可能是折射式望远镜或是天文上的光学反射式望远镜：

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但为什么我们中国的FAST（500米口径球面射电望远镜， Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope）却是一口锅的模样？其中又蕴藏着哪些物理学的知识？

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01样子不像望远镜的望远镜
首先我们回顾一下波（wave）相关的知识。波有很多种多种形式，其中机械波和电磁波我们已经有所涉猎，而可见光是电磁波的一种，只包括了波长，大约在0.4微米到0.76微米之间的电磁波，是电磁波里很小的一个部分，而以上提到的各种光学望远镜就是用来观测这些可见光波段的电磁波的。
但宇宙中部分天体在发出可见光的同时，有更多天体也在向宇宙空间不断地发射更多波段的电磁波。波长从小到伽马射线的波段，到长达无线电波的波段，因此我们不仅要使用光学望远镜来观测星空，也要用其他类型的望远镜来探索宇宙。比如红外望远镜、紫外望远镜等等，射电望远镜就是其中之一。
FAST就是一台射电望远镜，是帮助我们捕捉宇宙信息的好帮手。但这位好帮手也并不能观测一切的电磁波，它的工作频段不包括可见光。也就是说我们可以看见的红橙黄绿青蓝紫，对FAST来说却是两眼一抹黑。但没有关系， FAST虽然观测不了可见光，但是对于无线电波的观测灵敏度可谓是首屈一指。
02FAST的500米大口径
FAST的观测灵敏度离不开它反射球面500米的巨大口径。
500米口径意味着什么？
直观来说就好比端着一只碗去接雨水和捧着一个巨大的脸盆接雨水，几十米口径的望远镜就好比是一只小碗，而FAST就是那巨大的盆，就算再小的雨，当口径越大那就越容易收集到足量的雨水。
从物理的角度来理解，宇宙中的电磁波经过遥远的距离传播到地球时，它单位面积上的平均能量是十分低的。而科学仪器需要足够的电磁波能量输入才能观测到这个信号，因此当单位面积的能量一定，就需要足够大的接收面积，才能收集到足够多的能量。
因此宇宙中就算再微弱的信号也难逃FAST那500米口径的大眼。
03FAST的可变反射面
解释了FAST名字中的“射电望远镜”和“500米口径” ，最后来看看“球面”有什么玄机。
如果学过了几何光学，那你会记得：呈抛物面形状的凹面镜能将平行于主轴的入射光线汇于一点。

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这也就是绝大部分反射式望远镜都使用了抛物面镜的原因。但是这样的设计就要求抛物面镜是可以活动的，才能调整主轴方向使得不同方向的入射光汇聚到焦点，达到观测不同方向宇宙的目的。
但是FAST这口锅如此巨大，如何才能让反射面活动起来呢？充满智慧的设计师就想出了主动光学球面和可移动馈源的组合方法。

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整个望远镜的镜面是由很多小面板拼接而成的，每一块都能在一定范围内调整位置，这样当我们想接收某个方向的射电信号时，只要让正对这个目标一定范围内的小面板调整位置，形成一个抛物面，同时把可以活动的馈源移动到新抛物面的焦点，就能顺利进行观测了。