國際學術(shù)期刊《自然·天文學》近期發(fā)表了中國科學家一項重要發(fā)現(xiàn)——通過“中國天眼”FAST的觀測,,一顆原本被認為“熄滅”的脈沖星,,仍然可以探測到極其微弱的窄脈沖,。這是“中國天眼”探測到的脈沖星輻射新形態(tài),,對揭示脈沖星磁層的極端物理環(huán)境等具有重要科學意義,。
這顆脈沖星,,是“中國天眼”FAST“入職”以來,,發(fā)現(xiàn)的800余顆脈沖星中的一顆,,這些重要發(fā)現(xiàn)為人類研究宇宙提供了很多有利的數(shù)據(jù)幫助。
從古人發(fā)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(shè),、調(diào)試、運營,,“中國天眼”建設(shè)運維過程中的每一個環(huán)節(jié),,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(yǎng)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(shè)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年的時間里,,華夏文明連續(xù)不斷地記錄著各種天文現(xiàn)象,,中國古代天文學家編制了100多種天文歷法,也發(fā)明了大量的天文儀器,。
但近代以來,,中國天文學跟其他科學技術(shù)一樣,大大落后于率先完成工業(yè)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(zhì),、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(wèi)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(yǎng)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年時間里,,他們幾乎走遍了貴州所有的喀斯特洼地,,最終從300多個候選洼地里,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(wǎng)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說:“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(xiàn)了奮斗一生的夢想——建一臺世界最大最強的射電望遠鏡?,F(xiàn)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,。
反復試驗、多次失敗,、越挫越勇
獨一無二的科學工程,,沒有經(jīng)驗可循,注定會面臨史無前例的挑戰(zhàn),。
反射面板如“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”,,索網(wǎng)則是支撐“視網(wǎng)膜”的“神經(jīng)系統(tǒng)”?!爸袊煅邸狈瓷涿姘咫m只有1毫米厚,,也要使用2000多噸鋁合金,其索網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(yǎng)(維護保養(yǎng)期間拍攝),。新華社記者 歐東衢 攝
FAST運行和發(fā)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(guī)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(guān)鍵,,終于攻克超高強度,、抗反復拉伸的鋼索,首創(chuàng)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(wǎng)膜”。
“沒人告訴你可以怎么做,,誰也沒有把握自己的方法一定行,。”姜鵬告訴記者,,“反復試驗,、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關(guān)幾乎貫穿了FAST建設(shè)階段的每一個環(huán)節(jié),。
僅在建設(shè)階段,,“中國天眼”就獲得了鋼結(jié)構(gòu)、自動化產(chǎn)業(yè),、機械工業(yè),、創(chuàng)新設(shè)計、測繪地理信息技術(shù),、電磁兼容研發(fā),、建設(shè)工程等10余個領(lǐng)域的國家大獎。
在調(diào)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行,。”FAST運行和發(fā)展中心測控部主任孫京海說,,“簡單的修復解決不了問題,,控制系統(tǒng)必須推倒重建?!?/p>
為了盡快開發(fā)出新的控制系統(tǒng),,孫京海無數(shù)次挑燈夜戰(zhàn)至東方既白,,幾乎重寫了全部核心算法代碼。他心里只有一個信念:不能讓工程調(diào)試進度耽誤在自己這里,。最終,,在正式測試時,一套為“中國天眼”量身定制的控制系統(tǒng),,所有指標一次通過,。
“中國天眼”世界最大、最靈敏的特性,,激發(fā)了很多特殊的技術(shù)需求,,需要中國科學家們充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造力,在不斷“挑戰(zhàn)認知和技術(shù)極限”,、不斷“發(fā)現(xiàn)問題,、解決問題”中優(yōu)化升級。
今年7月底,,在中國科學院國家天文臺,、哈爾濱工業(yè)大學等10家單位共同努力下,國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”重點專項“重大科學基礎(chǔ)設(shè)施FAST運行維護作業(yè)機器人系統(tǒng)”項目通過驗收,,極大提升了“中國天眼”運維質(zhì)效,,年觀測時間可增加1000小時左右。
7月26日,,工作人員在調(diào)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(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星、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(guān)鍵證據(jù)……“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(yǎng)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(fā)現(xiàn)象,在1毫秒的時間內(nèi)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(lǐng)導的科研團隊發(fā)現(xiàn)了首例持續(xù)活躍重復快速射電暴FRB 20190520B,對更好理解這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義,。
國家天文臺研究員李柯伽所在的中國脈沖星測時陣列(CPTA)研究團隊利用“中國天眼”,,探測到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。
“FAST的靈敏度讓中國天文學家站在了人類視野的最前沿,?!崩羁沦ふf,憑借“中國天眼”的優(yōu)良性能,,CPTA研究團隊以數(shù)據(jù)精度,、脈沖星數(shù)量和數(shù)據(jù)處理算法上的優(yōu)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(lǐng)先水平,。
“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?!苯i說,。
總策劃:趙丹平、顧錢江
監(jiān)制:閔捷
統(tǒng)籌:衛(wèi)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
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