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2023 09/ 06 16:06:07
來源:新華社

中國故事丨“中國天眼”:極目百億光年之外

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  國際學術期刊《自然·天文學》近期發表了中國科學家一項重要發現——通過“中國天眼”FAST的觀測,一顆原本被認為“熄滅”的脈衝星,仍然可以探測到極其微弱的窄脈衝。這是“中國天眼”探測到的脈衝星輻射新形態,對揭示脈衝星磁層的極端物理環境等具有重要科學意義。

  這顆脈衝星,是“中國天眼”FAST“入職”以來,發現的800余顆脈衝星中的一顆,這些重要發現為人類研究宇宙提供了很多有利的數據幫助。

  從古人發出的“日月安屬?列星安陳?”的《天問》,到如今借助全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠鏡,將人類“視界”延伸到百億光年之外。從選址、建設、調試、運營,“中國天眼”建設運維過程中的每一個環節,無不在運用中國智慧和中國制造,在人類極目宇宙的道路上貢獻著力量。

  2022年7月24日拍攝的“中國天眼”夜景(維護保養期間拍攝,無人機光繪)。新華社記者 歐東衢 攝

  “這是一個美麗的風景、科學風景!”

  20世紀90年代,“中國天眼”設想提出時,大膽到有些突兀。

  當時中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米,德國的埃菲爾斯伯格望遠鏡口徑100米的世界紀錄已保持多年,而“中國天眼”的目標是500米。

  中國曾是世界上天文記錄最久遠、最完整的國家。在超過3000年的時間裏,華夏文明連續不斷地記錄著各種天文現象,中國古代天文學家編制了100多種天文歷法,也發明瞭大量的天文儀器。

  但近代以來,中國天文學跟其他科學技術一樣,大大落後于率先完成工業革命的西方國家。即便在上世紀,老一輩天文學家也只能尋求與國外合作,相當于借用別人的望遠鏡,大多只能做一些邊緣課題。

  FAST的理想建造地對地形、地質、水文等都有著極高要求,為了給望遠鏡找個最合適的“家”,當時年近50歲的南仁東帶著團隊與300多幅衛星遙感圖,風餐露宿地奔走于貴州大山深處。

  這是一張拼版照片:依次為“中國天眼”拼裝第一塊反射面板(左上,2015年8月攝)、“中國天眼”反射面板安裝近半(右上,2015年12月攝)、“中國天眼”反射面板安裝近八成(左下,2016年3月攝)、維護保養期間的“中國天眼”(右下,2022年7月攝)(無人機照片)。新華社記者 歐東衢 攝

  12年時間裏,他們幾乎走遍了貴州所有的喀斯特洼地,最終從300多個候選洼地裏,選擇了平塘縣大窩凼——最適合“天眼”的深深“眼窩”。

  2011年3月動工開建,2016年9月落成啟用,橫空出世的“中國天眼”刷新了世人對射電望遠鏡的認知極限:

  口徑500米,僅圈梁、索網和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材;反射面板總面積25萬平方米,相當于30個標準足球場,用掉2000多噸鋁合金;如果將“中國天眼”裝滿水,全世界每人可以分到2升……

  “中國天眼”落成啟用當日,71歲的南仁東站在“中國天眼”的圈梁上對記者深情地説:“這是一個美麗的風景、科學風景!”

  2017年9月,南仁東因肺癌去世。走前,他實現了奮鬥一生的夢想——建一臺世界最大最強的射電望遠鏡。現在,“中國天眼”已成為全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠鏡,極大拓展了人類觀察宇宙視野的極限。

  反覆試驗、多次失敗、越挫越勇

  獨一無二的科學工程,沒有經驗可循,注定會面臨史無前例的挑戰。

  反射面板如“中國天眼”的“視網膜”,索網則是支撐“視網膜”的“神經系統”。“中國天眼”反射面板雖只有1毫米厚,也要使用2000多噸鋁合金,其索網結構是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的,對抗疲勞性能的要求極高,現有鋼索都難堪重任。

  2022年7月22日,工作人員對“中國天眼”的反射面板進行維護保養(維護保養期間拍攝)。新華社記者 歐東衢 攝

  FAST運作和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬帶著一幫青年人,用整整兩年時間,進行了大規模的索疲勞試驗。近百次失敗,從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關鍵,終于攻克超高強度、抗反覆拉伸的鋼索,首創主動變形反射面,使望遠鏡覆蓋40度天頂角,成功支撐起“中國天眼”的“視網膜”。

  “沒人告訴你可以怎麼做,誰也沒有把握自己的方法一定行。”姜鵬告訴記者,“反覆試驗、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關幾乎貫穿了FAST建設階段的每一個環節。

  僅在建設階段,“中國天眼”就獲得了鋼結構、自動化産業、機械工業、創新設計、測繪地理信息技術、電磁相容研發、建設工程等10余個領域的國家大獎。

  在調試階段,“中國天眼”又碰到難題。“‘積木’搭好了,但望遠鏡不能按照總控的指令高效運作。”FAST運作和發展中心測控部主任孫京海説,“簡單的修復解決不了問題,控制係統必須推倒重建。”

  為了盡快開發出新的控制係統,孫京海無數次挑燈夜戰至東方既白,幾乎重寫了全部核心演算法代碼。他心裏只有一個信念:不能讓工程調試進度耽誤在自己這裏。最終,在正式測試時,一套為“中國天眼”量身定制的控制係統,所有指標一次通過。

  “中國天眼”世界最大、最靈敏的特性,激發了很多特殊的技術需求,需要中國科學家們充分發揮主觀能動性和創造力,在不斷“挑戰認知和技術極限”、不斷“發現問題、解決問題”中優化升級。

  今年7月底,在中國科學院國家天文臺、哈爾濱工業大學等10家單位共同努力下,國家重點研發計劃“智能機器人”重點專項“重大科學基礎設施FAST運作維護作業機器人係統”項目通過驗收,極大提升了“中國天眼”運維質效,年觀測時間可增加1000小時左右。

  7月26日,工作人員在調試饋源接收機拆裝機器人。新華社記者 歐東衢 攝

  不斷拓展人類觀天視野極限

  發現800余顆新脈衝星、首次在射電波段觀測到黑洞“脈搏”、探測到納赫茲引力波存在的關鍵證據……“中國天眼”成果頻出,不斷拓展人類觀測宇宙的視野極限。

  6月23日拍攝的“中國天眼”全景(維護保養期間拍攝,無人機照片)。新華社記者 歐東衢 攝

  快速射電暴(FRB)是宇宙中最明亮的射電爆發現象,在1毫秒的時間內能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。

  得益于“中國天眼”的超高靈敏度,中國科學家領導的科研團隊發現了首例持續活躍重復快速射電暴FRB 20190520B,對更好理解這一宇宙神秘現象具有重要意義。

  國家天文臺研究員李柯伽所在的中國脈衝星測時陣列(CPTA)研究團隊利用“中國天眼”,探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據。

  “FAST的靈敏度讓中國天文學家站在了人類視野的最前沿。”李柯伽説,憑借“中國天眼”的優良性能,CPTA研究團隊以數據精度、脈衝星數量和數據處理演算法上的優勢,彌補了觀測時長的差距,使我國納赫茲引力波探測和研究同步達到世界領先水準。

  “敢為人先的魄力、追求極致的毅力、持之以恒的定力,是FAST的成功秘訣。”姜鵬説。

  總策劃:趙丹平、顧錢江

  監制:閔捷

  統籌:衛鐵民

  記者:歐東衢、吳簫劍、潘德鑫、吳思

  視頻:吳斯洋、劉勤兵、楊欣

  編輯:劉暢、徐欣濤

  新華社對外部 新華社貴州分社 聯合制作

  中國故事工作坊出品

【糾錯】 【責任編輯:王頔 】
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