2020年,我國“天眼”正式透過國家驗收投入到正式運營當中,“天眼”自從2016年建成以來就備受世界的關注。中國“天眼”作為世界上最大的球面射電望遠鏡,口徑達到了500米,遠遠看起來就是一個大鍋,而“天眼”的所在地貴州偏偏是一個多雨的省份,那這個大鍋遇到暴雨會裝滿嗎?
其實早在天眼設計之初,設計師們早已將這個問題考慮進去了,畢竟我國建立“天眼”是花了很多心血的,僅僅是對選址就進行13年的研究,投入建設資金就高達12億元。所以中國投入了這麼多就是為了保障“天眼”的正常運作,接下來我們來說說中國“天眼”不會被暴雨裝滿的3個理由。
特殊的地理位置
“天眼”的選址工作開始於1994年,專家們首先透過衛星遙感影像,建立了1:1000高畫質模型,利用現實虛擬技術,對300多個窪地進行篩選,同時考慮了水文、電磁干擾、地質等因素,最後選出30多個比較合適的選址,然後透過實地考察,最後選中了貴州平塘縣大窩凼窪地。
不要小看這窪地,它可是“天眼”工程的三項自主創新之一。這個天然窪地不僅形狀圓,還非常符合“天眼”的尺寸,極大地減少了泥土的開採量和填補量。那把“天眼”裝在這個窪地裡不怕被水淹沒嗎?其實這個大窩凼地勢相對周圍較高,海拔有1082米,當遇到大暴雨的時候,水流就會順著地勢往下流,很難發生水流積聚的情況。
但不是僅僅地勢高就可以了,還有一個非常重要的原因,那就是“天眼”所在的大窩凼窪地具有特殊的喀斯特質地條件,所謂喀斯特地貌,就是岩層中碳酸鈣與二氧化碳結合生成碳酸氫鈣,碳酸氫鈣又不斷地被水溶解,形成了大量的地下溶洞,當遇到大暴雨的時候,水流就會透過溶洞流入地下河中,或者匯入地表河,具有強大的排水能力,不會發生地表積水的情況。這樣的天然排水管道,能極大地減少積水的發生。
不過同時這樣特殊的地貌給施工帶來巨大的麻煩,由於所處的地勢非常傾斜,傾斜度高達70度以上,鋪設路線的時候施工機器無法上去,只能靠人力開挖。同時,科學家們考慮不僅僅只有排水問題,還有電磁干擾的問題,“天眼”需要的電磁環境非常高,需要5公里內無任何電磁輻射,100公里內需要限制強幹擾源,而這個大窩凼窪地都滿足這個要求,所以說它是個得天獨厚的地理位置。
索網結構
當我們從高空中遠看“天眼”的時候,“天眼”看起來就是一個巨大的鍋,似乎一下暴雨就會被裝滿,其實當我們近距離觀看的時候就會發現內有玄機,因為“天眼”採用的是索網結構。
我國的“天眼”的索網體系是世界上精度最高、跨度最大的索網結構,所謂的索網結構就是短程網格劃分的方式。簡單來說,“天眼”的表面不是一塊完整的材料,它採用了4450塊反射面單元,每塊反射面單元之間都有一點空隙,並且反射面是可以運動的,也就是說可以調節它們之間的間隙。
同時,每塊反射面由100塊鋁製衝孔小面板拼接而成,意味著每一塊麵板都有無數的小孔,無論是降雨還是天空中飄落的灰塵,都會透過這個小孔落入地表,而難以在“大鍋”裡積聚。退一萬步講,即使地面發生了積水,也不會“天眼”造成影響,因為“天眼”並不是依著地面建立的,而是浮空的,離地面高達3米,一個成年人在下面行走也綽綽有餘。
不僅如此,還有專業人員定期對“天眼”反射面進行維護和檢測,確保反射面的間隙以及上面的小孔沒有堵塞,防止水分和灰塵在上面聚積。並且在中心區域設定了收集裝置,將收集到灰塵和水份透過管道排送到外部。就連反射面板上也設計了緊急排水系統,當檢測系統檢測到反射面板壓力達到極限時,會自動脫落,這並不影響整體的使用,這樣進一步加強了排水能力。因為這些孔和間隙極小,我們平時看圖片和影片都無法發現,只有近距離觀看才能發現其中的玄機。
同時,採用間隙分佈和反射面多孔設計能減輕“天眼”的重量,減輕天眼底座的受力,減少運輸材料的負擔,還可以使陽光透過,確保地面的植物能正常生長。“天眼”下的植被可是有大用處的,如果任由雨水沖刷地表,造成土質疏鬆和水土流失,長久下去同樣會對“天眼”造成影響,所以保護“天眼”附近的生態環境至關重要。
大型人工排水系統
“天眼”作為我國重器,用於探尋宇宙的奧妙,設計者肯定考慮到百年一遇暴雨等極端情況,給“天眼”設計一套完善的排水系統。對於排水隧道,我國科研人員採用的是無壓隧道設計的方案,排水隧道總長1121米。隧道又分為暗挖段和明挖段,其中暗挖段1062.499米,明挖段58.588米。
除了排水隧道之外,“天眼”排水系統還包括道路邊溝、徑向水溝、底部排水溝、環向水溝等,可以說該有的排水設施都有了,確保“天眼”不會因為暴雨而導致工作故障。
結語
“天眼”經過上述3方面的保障,並不可能被暴雨裝滿,面對極端天氣也遊刃有餘。截止2021年5月,中國“天眼”這500米口徑的“大鍋”發現的脈衝星數量高達370顆,取得了前所未有的成就,推動了我國天文事業發展,同時使平塘縣從一個邊遠山區成一個世界著名國際天文學術中心。
這僅僅是“天眼”投入使用幾年帶來的成果,相信未來“天眼”會給我們帶來更多成就,讓我們拭目以待吧