观天巨眼FAST:让中国射电天文领先天下二十年

  它能看破130多亿光年的区域。作为天下最大单口径、最敏捷的射电望远镜,“中国天眼”大大拓展了人类视野,对促进我国天文学现重大原创突破具有主要意义。

  ◎记者 何星辉

  实习生 周泓汛 张 华

  紧闭的电动门,盖住了去路,“正在考察”的警示牌格外醒目。这是贵州平塘大窝凼——“中国天眼”所在地。

  谁能想到,20多年前,这里照样一小我私人迹罕至的地方。现在,大山环绕之下,一个“观天巨眼”静卧在大窝凼里,瞻仰苍穹,以“一眼千年”的神技独步天下。

  “中国天眼”的学名是500米口径射电望远镜(FAST),其发射面积相当于30个尺度足球场那么大。若是在内里倒满矿泉水,全天下70亿人平均每人可分4瓶。

  作为现在天下上最大、最敏捷的单口径射电望远镜,它将让中国在射电天文领域领先天下20年。从跟跑到领跑,这背后,是中国不停崛起的科技气力。

  造“锅”:历时22年建成观天巨眼

  意大利天文学家伽利略首次发现了望远镜,把宇宙拉近到人类眼前。射电天文学则让人熟悉到另外一个全新的天下,一个不能由人的感官所感受的全新天下。

  20世纪30年月,射电天文学兴起。继美国工程师央斯基发现了发射自银河系中央的无线电波后,美国科学家格罗特·雷伯在自家后院架起专门的天线,用以探测来自天空的射电,被星际灰尘遮蔽的广漠太空天下,第一次为人们所熟悉。尔后,类星体、脉冲星、星际分子和微波靠山辐射这四大天文发现,让射电天文学迅速崛起。

  不外,射电天文学与其他学科的重大差异之处,就在于它是以考察为基础的学科。考察直接依赖于手艺,射电望远镜口径越大,考察的敏捷度就越高。

  1993年,在日本东京召开的国际无线电科学同盟大会上,与会科学家提出,要在全球电波环境恶化到不能摒挡之前,制作新一代射电“大望远镜”。时任中国科学院北京天文台副台长的南仁东坐不住了,他向同事提出:“我们也建一个吧!”

  南仁东所设想的,是一个500米口径的超级射电望远镜。然则,那时天下上最大的射电望远镜——阿雷西博射电望远镜,口径也才305米。相比之下,那时中国最大的射电望远镜口径不到30米,不管是手艺照样装备都异常微弱。

  在许多人看来,南仁东的想法简直是天方夜谭。但他并非一时头脑发烧。多年来,在考察上依赖外国射电望远镜逆境,让他太想拥有属于中国自己的超级望远镜。

  选址、论证、立项、建设,哪一步都不容易。

  为了给“大望远镜”安家,科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。南仁东从200多张遥感图像里,挑选出所有靠近圆形的洼地,然后闷着头钻进贵州的大山里,最终将目的锁定在了贵州平塘的大窝凼里。从1994年启动选址,至此已经已往了12年。

  “中国天眼”的建设,是一个史无前例的超级大工程,涉及天文学、力学、机械工程和岩土工程等各个领域,每一个领域险些都是开创性的事情,国际上没有成熟的履历可以借鉴,南仁东率领他的团队一步一个脚印,终究踏平崎岖成大道。

  2016年9月25日,“中国天眼”建成。

  坚守:科研“铁军”托举大国重器

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  2017年10月,中国科学院国家天文台对外宣布,“中国天眼”发现2颗新脉冲星,距离地球划分约4100光年和1.6万光年。

  这是我国射电望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。南仁东真正走进人人视野,是他去世前在央视那一次,他用孱弱嘶哑的声音徐徐说出那一句:“FAST是全天下最先进、敏捷的射电望远镜,将探索宇宙百亿光年的微弱信号。”

  为了铸就这口“大锅”,南仁东耗尽了一生心血。最终,“中国天眼”开了“眼”,他却永远闭上了双眼。然则,他为中国射电天文学开启了一个10年至20年的“黄金期”。

  令人欣慰的是,无论是在调试时代,照样正式投入运行,“中国天眼”的显示没有让人失望。

  停止现在,“中国天眼”已发现脉冲星逾370颗,并在快速射电暴等研究领域取得系列重大突破,是当之无愧的“天下第一”。

  FAST中央常务副主任、总工程师姜鹏说,“中国天眼”背后,是一支托举起大国重器的科研“铁军”,面临恶劣的自然环境和零起步的科研项目,FAST团队20多年如一日,默默坚守,攻坚克难。

  2008年,潘岑岭博士结业后加入FAST团队,他说,13年风风雨雨一起走来,经常能遇到“山穷水尽疑无路”的绝境,也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悦。现为FAST中央综合治理部主任的潘岑岭,先后完成FAST馈源支持六塔选址、大跨度柔性六索并联机械人研制建设、动光缆研制等义务。

  清华学子姚蕊攻读研究生阶段便进入FAST项目组,现在已生长为FAST中央机械组组长。在FAST建设时代,她探索解决FAST馈源舱超重问题的创新方式,最终摒弃多年圆柱体形状的设计方案,缔造性研制了现在的“钻石三角形”馈源舱。

  从姜鹏最先,孙京海、甘恒谦、于东骏、钱磊……险些每小我私人都有说不完的故事。

  在大窝凼里,和南仁东一样的这群百人科研“铁军”,默默守护着“中国天眼”。

  开放:“中国天眼”让人类看得更远

  曾经“天下第一”的美国阿雷西博望远镜发生坍塌之后,“中国天眼”便成了现在全球唯一的超大型射电望远镜。正由于卓越的综合性能,“中国天眼”对于天文考察和天文研究的主要性不言而喻,这也使得天下各国的科学家纷纷想要借助“中国天眼”开展研究。

  2021年3月31日起,“中国天眼”面向全球开放,各国科学家均可提出申请,经审核后可使用“中国天眼”开展考察和研究。虽然射电天文学的初衷就是为让人类看得更远,然则,“中国天眼”是我国自主研制的先进大型天文考察装备,国际上并没有任何一个硬性划定要求中国与全天下共享。因此,中国的这一行为,堪称国际科技界的一股清流。

  姜鹏透露,现在,来自海内外的天文学家申请考察异常踊跃,不外“中国天眼”今年将只对外开放10%的考察时间。“申请考察的偏向,基本笼罩了中低频射电望远镜的前沿科学问题。”

  考察时长是科学产出的主要保障,让姜鹏欣慰的是,“中国天眼”运行情形稳固,天天可以保证20个小时左右的考察时长,每年也许可以运行7000个机时,去除维护和测试时间,正常考察时间应该不少于5000个机时。

  “我们不只是做天下最大——要做最大很容易,满地铺,总能铺出天下最大,但若是要做成好用的望远镜,就是差异难度级其余挑战。”姜鹏说,在调试时代,FAST团队就已经把建设时遗留的一些问题解决了。现在,针对超级数据的传输和储存问题,因中国科学院有稳固的经费支持,也已经获得了妥善解决。“‘中国天眼’一年发生的数据约莫在15PB左右,每秒钟发生2GB,后者的数据量和下载一部影戏相当。”

  现在,“中国天眼”已经启动了脉冲星测时阵列、漂移扫描多科学目的巡天等5个重大和优先项目。外界展望,未来3至5年,“中国天眼”的高敏捷度将有可能使其在低频引力波探测、快速射电暴起源、星际分子等前沿偏向取得突破。

  姜鹏说,“中国天眼”发现这么多脉冲星,需要做大量的后随考察,这给FAST团队带来很大的挑战,希望中国正在计划打造的其他大型望远镜能尽快建成。

  脉冲星就是旋转的中子星,因不停地发出电磁脉冲信号而得名。从脉冲星中遴选出脉冲信号稳固的毫秒脉冲星,未来有望应用于星际导航。

  有一种说法,5年后,“中国天眼”考察到的脉冲星有望到达1000颗,有可能定位并识别出银河系外的第一颗脉冲星。对此,姜鹏示意,“中国天眼”若是发现河外脉冲星稀奇是黑洞双星系统的话,将可能是诺贝尔奖级其余功效。不外,“中国天眼”只是给科学家提供一种可能性,重大功效的产出,有时刻还需要一些运气。

  姜鹏说,FAST团队将转换心态与角色定位,由已往的建设、调试、运维更多转变为服务,确立公正考察机制,起劲为全球科学家提供优越服务。“未来的舞台中央一定属于科学家,我们甘当绿叶,陪衬他们的辉煌。”他说。

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