97381692021-03-31 13:03:33.0這是一封來自FAST的邀請函!以天眼為名 望向浩渺星際天眼,FAST,星際分子,大科學(xué)裝置,大射電望遠(yuǎn)鏡165634熱點新聞
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圖說:中國天眼今起正式對全球開放 新華社記者 歐東衢 攝(下同)
你是否聆聽過來自宇宙深處的聲音?距離地球1.6萬光年的脈沖星信號里,又隱藏著怎樣的秘密?在科技的加持下,人類對宇宙的探索從未停步。去年年初,歷時22年建造而成的中國天眼FAST通過國家驗收,正式投入運行,成為全球最大且最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。就在北京時間今天零時,本著開放天空的原則,中國天眼向全世界天文學(xué)家發(fā)出邀約,征集觀測申請,所有國外申請項目統(tǒng)一參加評審,評審結(jié)果將于7月20日公布,觀測時間將從8月開始。
中國天眼能夠接收到100多億光年以外的電磁信號。自通過國家驗收啟動運行以來,這顆凝望蒼穹的巨大“眼睛”,已經(jīng)“找到”了300顆脈沖星,并在快速射電暴等研究領(lǐng)域取得重大突破。
夢想與實干
中國天眼有多大?它的總面積相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場,如果把它盛滿水,夠全世界每個人分到4瓶水;中國天眼有多靈敏?它達(dá)到世界第二大射電望遠(yuǎn)鏡的2.5倍以上。假設(shè)你在月球上打電話,它也可以探測到你的信號。
可,如果沒有他,F(xiàn)AST可能至今只可能存留在我們的幻想中,而被選中的那個大窩凼,仍舊是深處貴州平塘縣密林深處再普通不過的大土坑。居住在這兒的貧困農(nóng)民,還過著面朝黃土背朝天的生活……
他叫南仁東,在深邃浩渺的宇宙中,有一顆以他名字命名的星星。2017年9月15日,72歲的南仁東永遠(yuǎn)閉上了眼睛。如今,他的雕像佇立在貴州大窩凼,凝望遠(yuǎn)方,與凝聚一生心血的中國天眼相伴,微微揚起的手似乎在告訴來者:“這里有屬于科學(xué)的美麗風(fēng)景。”
25米與350米,這是此前中國與美國擁有射電望遠(yuǎn)鏡口徑的差距,而口徑的大小直接決定了能“看多遠(yuǎn)”“聽多清”。不甘落后的南仁東提出一個大膽的設(shè)想:在祖國的土地上建造一個最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。
二十二年,一件事。為“天眼”選址,南仁東用了12年,帶著團隊比選了1000多個洼地,實地走遍上百個窩凼,最終定下貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼。那會兒,貴州很多地方還無法通車,只能靠步行,他們每天最多只能看一兩個窩凼。南仁東的學(xué)生動情地回憶:“幾十個大大小小的山寨,南老師去了;一些當(dāng)?shù)剞r(nóng)民走著都費勁的山路,南老師去了;一些從未有人踏足的荒野,南老師也去了!”
在施工現(xiàn)場,已不再年輕的他經(jīng)常親力親為,爬山調(diào)查危巖、上鋼架擰螺絲、拿扁鏟削平鋼材……南仁東曾說:“FAST如果有一點瑕疵,我們對不起國家。一項關(guān)鍵技術(shù)突破不是我個人的成績,它是一大群人的拼搏和努力。”
中科院國家天文臺研究員陳學(xué)雷曾這樣寫道:“雖然南老師沒有能等到它產(chǎn)出科學(xué)成果的那一天,但我想他離去的時候心里一定非常清楚,他畢生的事業(yè)已經(jīng)成功了?!?/p>
工程到科學(xué)
人類凝望宇宙的“大眼睛”,曾有兩個,一個位于中國,一個位于地球另一側(cè)的波多黎各。2020年12月1日,波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡坍塌,已無修復(fù)可能。只剩躺在貴州大山深處的中國天眼,沖破天空的阻斷,看穿星辰的奧秘。
事實上,望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展歷史就是追求靈敏度的歷史??茖W(xué)家一直想造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡,因為口徑越大,就意味著收光面積越大,有更強的能力探測暗弱信號。中國天眼總工程師,國家天文臺研究員姜鵬解釋,一來能極大地擴展可觀測樣本的數(shù)量,其中就可能孕育著一些重要發(fā)現(xiàn);二來可以觀測到更早期或更遙遠(yuǎn)的宇宙現(xiàn)象,對研究宇宙演化歷史有很大的幫助。
2011年,F(xiàn)AST開始建設(shè)后,有位外國友人問了中國科學(xué)家一個問題:你知道500米有多大嗎?這當(dāng)然不是問大小,而是善意提醒,建造FAST不一定如想象中那般順利——因為500米的望遠(yuǎn)鏡從來沒有人做過。這句話很快被驗證——就在團隊如火如荼地開挖時,一個差點讓FAST毀于一旦的技術(shù)問題出現(xiàn)了:“索疲勞”。由于球面到拋物面變化是通過索網(wǎng)實現(xiàn),所以要求鋼索能承受500兆帕應(yīng)力,這相當(dāng)于傳統(tǒng)規(guī)范的兩倍還要多。
說到十年前的“索網(wǎng)攻關(guān)”,姜鵬記憶猶新:“我們開展了可能是有史以來最系統(tǒng)、最大規(guī)模的索疲勞試驗,經(jīng)過近百次失敗,終于研制出超高耐疲勞鋼索,在200萬次循環(huán)加載條件下可達(dá)500兆帕應(yīng)力幅,這在國際上尚無先例?!?/p>
從中國天眼落成啟用到通過驗收,又用了三年時間。正是這三年,F(xiàn)AST一刻不停調(diào)試和試觀測的目標(biāo)和成果,完成了從世界最大到世界最靈敏的跨越?!皩崿F(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的靈敏度,其實就看兩件事。一是能不能把拋物做得完美,拋物面越完美,平行的電磁波打到拋物面上就越能匯集到點上;二是能否把接收機放到焦點的位置上,離焦點越近,收集的信號就越強。”姜鵬說。
在中國天眼的驗收會上,國家發(fā)改委高技術(shù)司副司長沈竹林宣布FAST各項指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗收指標(biāo),主要性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,具備了開放運行條件。姜鵬認(rèn)為,通過國家驗收意味著中國天眼完成了工程師和科學(xué)家之間的交接棒,“火力全開”投入科學(xué)觀測?!叭绻鸉AST能有一些重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn),希望大家還能記住這個100號人左右的團隊,用了20多年的青春,最后鑄就了大國利器?!?/p>
收獲與未來
中國曾是世界上天文記錄最久遠(yuǎn)、最完整的國家。然而近代以來,中國天文學(xué)跟其他科學(xué)技術(shù)一樣,落后于率先完成工業(yè)革命的西方國家。在上世紀(jì),老一輩天文學(xué)家只能尋求與國外合作,而借用別人的望遠(yuǎn)鏡,意味著多數(shù)只能做一些邊緣課題。
所謂“工欲善其事,必先利其器”,人類的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新越來越離不開強大的科研儀器。尤其是大科學(xué)裝置,和創(chuàng)新思維共同構(gòu)成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突破的必要條件。過去我國缺少大望遠(yuǎn)鏡設(shè)備,天文學(xué)家只能在某些領(lǐng)域從理論方面深挖;有了中國天眼,科學(xué)家們就可以從觀測角度做出更多原創(chuàng)的、世界領(lǐng)先的成果。
被寄予厚望的“中國天眼”不負(fù)所托,在調(diào)試階段就系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新脈沖星,截至目前,共發(fā)現(xiàn)300多顆脈沖星,成為國際矚目的宇宙觀測“利器”。就在前不久,國家天文臺科研團隊在FAST海量數(shù)據(jù)中搜尋出三例新的高色散快速射電暴。模型研究表明,F(xiàn)AST探測的快速射電暴樣本可以延展到約接近宇宙早期。
中科院國家天文臺研究員、中國天眼首席科學(xué)家李菂介紹,F(xiàn)AST在很多領(lǐng)域具備超強“發(fā)現(xiàn)力”:發(fā)現(xiàn)氣體星系的數(shù)量有望在過去的基礎(chǔ)上提高10倍,發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量有望翻倍,有望發(fā)現(xiàn)新的星際分子……這使它可以驗證很多科學(xué)規(guī)律,在引力理論,星系演化,恒星、行星乃至物質(zhì)和生命的起源等方面,都具備突破的潛力。此外,搜尋星際通信信號,也就是我們理解的探尋“地外文明”,同樣是中國天眼的科學(xué)目標(biāo)之一。
“無論是阿雷西博已取得的成就,還是FAST剛開始的努力,都代表著我們這顆行星絢爛的希望?!崩钋呎f。天眼面向全球科學(xué)界開放后,外國科學(xué)家可以獨立或以首席專家身份主導(dǎo)一些研究項目,有潛力的探索性項目也會得到支持,在望遠(yuǎn)鏡時間分配上會有更激烈的競爭。
中國科學(xué)院國家天文臺有關(guān)負(fù)責(zé)人表示,天眼開放彰顯了中國與國際科學(xué)界充分合作的理念。在開放合作中,中國的科學(xué)重器將更好地發(fā)揮效能,促進重大成果產(chǎn)出,為全人類探索和認(rèn)識宇宙作出貢獻。