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    中國天眼,仰望蒼穹
    2021-07-05 17:07
      重器鑄夢,科學探索永無止境
      “天眼”巡空、“復興”開跑、“中子”探秘、“天問”探測......從基礎研究,到原始創新,再到高端產業,一批“國之重器”紛紛亮相,縱觀這些重器,沒有一蹴而就的成功,是我國一代又一代科技工作者薪火相傳,勇攀高峰,為科技事業發展貢獻了智慧和力量,才得以讓一項項令世界矚目的重大工程項目在中華大地上屹立,也在黨的百年發展歷程中寫下濃墨重彩的一筆。
      然而科學探索永無止境,未來科技創新的旋律依舊激昂澎湃。今年,是中國共產黨建黨100周年,也是“十四五”開局之年。站在新的歷史起點上,我國將繼續著力加強基礎研究和關鍵核心技術。近日,國務院常務會議更是部署推進實施“十四五”規劃《綱要》確定的重大工程項目。會議指出,要將“十四五”規劃重大工程落實到具體項目,優先納入各領域規劃,科學制定實施方案,分年有序推進,形成開工一批、投產一批、儲備一批的良性循環。

      中國戰略新興產業融媒體記者    卜文娟

      500米口徑球面射電望遠鏡是我國擁有自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡,打破了世界上射電望遠鏡的百米極限,開創了巨型射電望遠鏡建設的新模式,將為人類發現脈沖星、巡視中性、探索暗物質和黑洞、研究宇宙起源和地外文明等提供獨一無二的手段。
      這是一幅令人難忘的畫面。貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼,群山環繞中,有“中國天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠鏡靜靜矗立。歷經10多年立項,5年建設,到如今產出豐碩的科研成果,“中國天眼”的征程才剛剛開始。
      500米口徑球面射電望遠鏡是由國家發展改革委批復建設的國家重大科技基礎設施。該設施是我國擁有自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡,打破了世界上射電望遠鏡的百米極限,開創了巨型射電望遠鏡建設的新模式,將為人類發現脈沖星、巡視中性氫、探索暗物質和黑洞、研究宇宙起源和地外文明等提供獨一無二的手段。
      時間回到1993年,在日本東京舉行的國際無線電科學聯盟大會上,與會科學家提出要在全球電波環境惡化到“不可收拾”之前,建造新一代射電“大望遠鏡”。以時任中國科學院北京天文臺副臺長南仁東為首的中國天文學家,會上提出一個大膽的方案——在中國境內建造大型單口徑射電望遠鏡。
      25米與350米,這是此前中國與美國擁有的射電望遠鏡口徑的差距,而口徑大小直接決定眼力所及?!耙谥袊耐恋厣?,建造世界上最大的射電望遠鏡,以免讓中國在宇宙探索中受制于人?!边@是南仁東等老一輩天文學家提出建設“中國天眼”的構想。
      從1993年提出建設FAST的構想,到2016年9月25日FAST正式落成啟用,南仁東把一生的心血和精力都投入在這件“中國天眼”上。1994年7月,FAST工程概念正式提出。在這一背景下,原北京天文臺提出了利用中國西南部的喀斯特地貌建造阿雷西博型LT的中國方案,最初起名為KARST。從1994年到2006年,南仁東帶領團隊從8000多幅地圖中選出300多個洼坑,再進一步將范圍縮小至幾十個。他們幾乎走遍這些洼地,最終,將臺址定在貴州平塘縣克度鎮的大窩凼洼地。
      而FAST的全新設計理念開創了建造巨型望遠鏡的新模式,突破了傳統望遠鏡的百米工程極限,同時也帶來了極大的技術挑戰。根據設計,FAST巨大的反射面要能根據天體的目標位置實時地主動調節形狀,30噸的饋源艙要在140米的高空、206米的范圍內運動,所有的控制精度要達到毫米級。
      “中國天眼”設計不同于世界上已有的單口徑射電望遠鏡,這首先體現在“視網膜”和“瞳孔”的設計上?!耙暰W膜”指反射面;“瞳孔”指饋源艙,即放置接收宇宙外信號裝置系統的艙體。
      作為世界首創,“中國天眼”的“視網膜”是主動反射面,可以改變形狀,一會兒是球面,一會兒是拋物面。具體來說,這張龐大的可動的“視網膜”是一張由6670根鋼索編制的索網,掛在一個由50根巨大鋼柱支撐的直徑500米的圈梁上;索網上鋪有4450塊、380多種反射面單元;索網下方是2225根下拉索,每一根下拉索都被固定在地面的作動器上,通過操縱作動器,拉動下拉索來改變索網形狀,從而對天文信號進行收集和觀測。
      “中國天眼”的“瞳孔”即饋源艙,也是一個大膽的突破性設計。大多數傳統射電望遠鏡的“瞳孔”位置是固定的,或僅可以微調?!爸袊煅邸眲t完全不同,采用的是全新的輕型索驅動控制系統,這讓“中國天眼”的“瞳孔”可以自如改變角度和位置,更有效地收集、跟蹤、監測更豐富的宇宙電磁波。
      從體量來說,原世界第一大射電望遠鏡的饋源艙重1000多噸,“中國天眼”饋源艙重僅約30噸。體積小帶來多方面的優勢,比如可有效減少光路遮擋、減少干擾信號,從而讓波束非常干凈,更有利于天文觀測。
      2017年10月10日,北四環外,國家天文臺。當距離地球1.6萬光年外和4100光年外的脈沖信號在現場響起,在座的嘉賓無一不屏氣凝神,側耳傾聽。這是“中國天眼”首次發現脈沖星。
      所謂脈沖星,是指大質量恒星死亡后的殘骸,是宇宙中密度最高、磁場最強、自轉最快、相對論效應顯著的一類迷人而又奇異的天體,被視為研究宇宙極端環境中物理規律的理想實驗室。脈沖星的發現和研究也是國際上大射電望遠鏡關鍵科學目標之一。
      被給予厚望的“中國天眼”不負所托,距離第一次公開“亮相”不到4年時間,已發現脈沖星300多顆。
      “得益于‘中國天眼’超高靈敏度,我們已經將脈沖星的測時精度提升至少一個數量級,這有望使人類首次具備納赫茲引力波的探測能力??梢哉f,我們已經走在‘出大成果’的攀登之路上?!敝袊茖W院院士、國家天文臺臺長常進說。
      從4月1日起,全球科學家可以通過在線方式向國家天文臺提交觀測申請,并于8月起分配觀測時間。在美國阿雷西博望遠鏡結束57年天文生涯后,中國將“中國天眼”面向全球科學界開放,把它拓展出的觀察宇宙的視野分享給全世界。這也意味著全球科學家將打破疆域的限制,在同一片天空下仰望蒼穹、探索未知,為人類共同的前途與命運而努力。
      據了解,“中國天眼”還向全球工程界貢獻了大科學工程的中國經驗和創新實踐:4450個反射單元構成的反射面;6根鋼索控制的30噸饋源艙;500米的尺度上測量角度精確到8角秒;超高耐疲勞鋼索在200萬次循環加載條件下可達500MPa應力幅,國際上尚無先例。
      “天眼”非凡,凝聚著中國人的智慧和汗水,更體現著中國的決心和魄力。多位天文學家指出,除了天文學觀測以及建造望遠鏡帶動的技術創新,“中國天眼”將成為最精確的物理規律驗證實驗平臺。
      “中國天眼”,世界共享。它從一誕生,就肩負全球使命,向著茫茫宇宙“進軍”,如今“一黑兩暗三起源”等重大科學問題,即黑洞、暗物質、暗能量、宇宙起源、天體起源和生命起源問題,已成為天文物理學界的研究熱點,而這些關乎人類命運的終極之問,其解答離不開先進天文觀測設備的支撐。
      在未來,我們會通過“中國天眼”看見更多來自宇宙的驚喜。
      END
      來源:本刊原創文章
      編輯:趙涵
      審核:艾麗
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