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让“中国创造”,擦亮深邃“天眼”!

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发表于 2021-2-9 16:39:42 | 显示全部楼层 |阅读模式






◆ 这是 2016 年 6 月 27 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄
清晨,贵州平塘大窝凼。望远镜偌大的反射面从茫茫宇宙中抓取的射电信号数据,正源源不断传输到一百多公里之外的贵阳天文大数据基地。
被誉为 " 中国天眼 " 的 500 米口径球面射电望远镜,自 2016 年 9 月 25 日落成启用以来,已发现 279 颗脉冲星,是同期国际上其他望远镜发现脉冲星总数的 2 倍多;多次捕捉到极罕见的快速射电暴爆发;参与揭示的一种快速射电暴起源机制入选《自然》十大科学发现……
" 中国创造 " 擦亮深邃 " 天眼 ",探求着宇宙奥秘。


◆这是一张拼版照片,左上为 FAST 项目拼装第一块反射面板(2015 年 8 月 2 日摄)、右上为 FAST 反射面板安装近半(2015 年 12 月 16 日摄)、左下为 FAST 项目反射面板安装近八成(2016 年 3 月 9 日摄)、右下为 FAST 项目反射面板安装完成(2016 年 7 月 3 日摄)。新华社记者 欧东衢 摄
以创新思维开拓科研之基
工欲善其事,必先利其器。" 中国天眼 " 的建造,是饱含战略眼光的超前部署。
20 世纪 90 年代,当国际上还在为新一代大射电望远镜怎么建、在哪建争论不休时,以南仁东为首的中国科技工作者提出一个极富挑战、近乎天马行空的设想,得到了国家支持。


◆南仁东(中)与工程技术人员在大窝凼施工现场检查施工进展(2014 年 12 月 1 日摄)。新华社发(中科院国家天文台供图)
" 独立自主建 "" 利用喀斯特地貌建 "" 技术不成熟就一边研究一边建 "。南仁东等人明确了这三条后,连望远镜要落户的喀斯特洼坑在哪都不知道,就开始干了。
带着几百幅卫星遥感图,几个人踏上漫漫十年寻址路。要给望远镜找个最合适、节约成本的 " 家 ",光看遥感图不行,只能用双脚 " 丈量 "。经过反复筛选,最终在贵州省平塘县找到了大窝凼——最适合 " 天眼 " 的深深 " 眼窝 "。
过去同类射电望远镜的反射面是固定的,只能通过改变接收机的位置扫描天空中约 20 度的带状区域。为了在同等工程体量下获取更大观测范围,南仁东想出主动反射面的构想,并连夜画在草稿本上。
当时,在一些人看来,那是一张工程科技很难支撑的 " 草图 "。南仁东一边带着团队做实验,一边到各大院所、高校 " 招兵买马 "。
2010 年 8 月,工程开工前夕。" 国内顶级的应用于斜拉桥上的钢索,标准强度是 200 兆帕、抗 200 万次弯曲,用在‘天眼’实验上都断了。" 时任馈源支撑系统总工程师的孙才红说。
当时负责索疲劳问题的是刚到国家天文台工作的力学博士姜鹏。他立下 " 军令状 ",与一家企业合作,进行了有史以来最系统、最大规模的索疲劳试验,经历近百次失败,用了一年半时间终于找到突破口,研制出满足要求的钢索。
" 天眼 " 团队一天天壮大。光是为主动反射面这个创新思维,便有几十个人贡献自己所学,联合院所、高校、企业等各方力量,完成了一连串创新。


◆这是 2016 年 6 月 27 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄
以不懈努力保障科研环境
" 天眼 " 落成启用时,姜鹏已接过总工程师的担子。调试和运维一点也不轻松,控制反射面索网的液压促动器工作强度非常高,工程师每天都要巡检,谁也不知道坏了几个促动器会不会影响观测效果,陷入疲于检修的重复劳动中。
" 姜鹏提出必须建一个反射面安全评估系统。" 在望远镜调试中负责结构的工程师李辉说,按照这个思路,团队利用全过程仿真技术,把整个反射面用力学模型完全数字化," 哪个促动器坏了,哪个节点工作不正常,都能在总控室的安全评估系统中显示 ",并模拟出对观测的影响,一旦超出安全范围会自动报警。
2200 多个促动器中,误差或断通讯数量超过 40 个," 天眼 " 就必须暂停观测。有反射面安全评估系统作保障,这种情况从未发生过。
如果反射面板出问题怎么办呢?厚度仅 1 毫米的面板,弧度大到 50 多度,直接站上去肯定不行。工程师想到了模仿 " 太空行走 "。


◆ 2019 年 8 月 30 日,工作人员在 FAST 反射面板上实验 " 微重力蜘蛛人 " 方案。新华社记者 欧东衢 摄


这项创新技术叫 " 微重力蜘蛛人 ",使用一个直径 7.6 米的氦气球将运维人员的体重减少到反射面板能承受的重量,使得人员能够到达反射面任意地方执行巡检和维护作业。
科学家也没有停止对 " 天眼 " 的技术更新。北京大学教授、中科院国家天文台研究员李柯伽说,除了聚焦科学本身,跟 " 天眼 " 相关的天文仪器设备研制正在有序推进。


◆这是 2019 年 8 月 27 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄
" 天眼 " 观测的是来自遥远天体的微弱电磁信号,要求台址电磁干扰水平极低,必须减少常规强干扰源,控制小功率干扰源,防止噪声背景恶化,预防偶发干扰。
为了让望远镜能 " 安静 " 地仰望星空,方圆 5 公里核心区里数千名群众搬离故土开启新生活;平塘县关闭了核心区内及其附近的所有通信基站;罗甸县搁置了机场项目;黔南布依族苗族自治州境内划出了方圆近 30 公里的电磁波宁静区……系列举措为 " 天眼 " 筑起一道道安全运行防护网。
◆这是 2019 年 8 月 28 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄
以开放心态推动科学合作
天文学的每一项重大成就,都丰富了人类知识宝库;天文学与其他学科交叉融合实现的每一次重大突破,都对基础科学乃至人类文明进步带来深刻影响。
自 2020 年初正式开放运行以来,中科院国家天文台实现了 " 天眼 " 这座天文学利器的高水平管理和运行,但作为大科学计划、大科学工程、大科学中心中的一员,它的科学征途才刚刚起航。在科学家眼中,它能刺穿 " 光年之外 ",能洞悉宇宙 " 前世 ",是个身在洼地、心系深空的 " 天空实验室 "。
" 在某些观测能力上有飞跃的设备,总会有意想不到的发现。" 中科院国家天文台研究员、" 中国天眼 " 首席科学家李菂说," 中国天眼 " 的灵敏度超群,使它在很多领域具备超强 " 发现力 ",以及突破的潜力。它可以验证和探索很多宇宙奥秘,比如引力理论验证、星系演化、恒星和行星起源,乃至物质和生命的起源等。


◆这是 2017 年 8 月 10 日,工作人员在 FAST 馈源舱内工作(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄
李菂说,天文学是个开放的学科,大部分 " 天眼 " 早期科学成果都有国际专家参与。2021 年 4 月面向全球科学界开放后,交流合作会更多。" 中国天眼 " 科学委员会和时间分配委员会的成员是中国人,但相关评审是按照提交申请所属的专业领域,交由国际顶尖专家评审,完全与研究前沿接轨。


◆ 2020 年 1 月 11 日,专家学者在 " 中国天眼 " 考察(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄


◆ 2020 年 1 月 11 日,专家学者在 " 中国天眼 " 考察(检修期间拍摄)。新华社记者 刘续 摄
由于 " 天眼 " 是中国独资的大科学工程,有既定的科学任务和规划,包括多科学目标漂移扫描巡天、中性氢星系巡天、银河系偏振巡天、脉冲星测时、快速射电暴观测等在内的先导项目,大多已由中国科学家领衔。
据李菂介绍,在时间分配上,外国科学家总计可以分享 10% 的望远镜时间,按照项目评审的打分情况,在这 10% 的时间内进行分配,预计竞争会比较激烈。


◆ 2020 年 1 月 9 日,工作人员对 FAST 反射面板进行检修。新华社记者 刘续 摄
" 不管项目是谁在牵头,大家都是朝着同样一个科学目标迈进。" 李柯伽说,自己除了继续关注快速射电暴观测,还在利用 " 天眼 " 进行纳赫兹引力波探测。相信 " 天眼 " 在超大质量或者极低质量脉冲星、黑洞脉冲星双星等领域也有取得举世瞩目成就的机会。
人类只有一个天空,一个宇宙。回溯原初宇宙,揭示更多宇宙奥秘,这是建造 " 天眼 " 的原动力,也是终极目标。因此," 天眼 " 需要联合各国科学家,以开放的态度对全球开放。外国科学家可以独立或者作为首席专家主导一些研究项目,有潜力的探索性项目也会得到支持。
南仁东生前有两个希望:一是后来者尽快完成望远镜的调整及试运行试观测,这一点已经顺利完成;二是希望他们有运气,能够做出巨大的天文成就,这一点值得全人类期待。(记者 齐健)






◆这是 2020 年 1 月 9 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。新华社记者 欧东衢 摄


◆这是 2020 年 1 月 9 日拍摄的 " 中国天眼 "(检修期间拍摄)。
来源:新华网


栏目主编:顾万全 张武 本文作者:新华网 文字编辑:程沛

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