1月11日,當被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡通過國家驗收正式開放運行,成為全球大且靈敏的射電望遠鏡,也意味著人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃,眼界更加開闊。
2顆,11顆,43顆,93顆,102顆……從2017年10月“中國天眼”首次發(fā)現2顆脈沖星,到11日召開的國家驗收會上公布已發(fā)現102顆脈沖星,它兩年多來發(fā)現的脈沖星超過同期歐美多個脈沖星搜索團隊發(fā)現數量的總和。
大器晚成
問鼎射電望遠鏡之巔
驗收會上,中科院院士武向平等6位專家分別宣讀工藝驗收、電波環(huán)境保護等驗收意見,國家發(fā)改委高技術司副司長沈竹林宣布“中國天眼”各項指標均達到或優(yōu)于批復的驗收指標,主要性能指標達到國際領先水平,具備了開放運行條件。
國家天文臺研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬認為,通過國家驗收意味著“中國天眼”完成了工程師和科學家之間的交接棒,“火力全開”投入科學觀測,接下來兩三年內將有一系列重要科學產出,同時進一步穩(wěn)定望遠鏡的性能。
“近代以來,中國天文學跟其他科學技術一樣,大大落后于率先完成工業(yè)革命的西方國家,很多先進的儀器見都沒見過?!眹姨煳呐_研究員韓金林說。
以王綬琯、南仁東等為代表的中國一代、二代天文學家,努力縮小中國與世界先進水平的差距,擔起“趕潮兒”的責任。
從1994年開始選址和預研究,到2016年9月25日“中國天眼”落成啟用,南仁東率團隊用20多年幫助中國實現了追趕——建成了世界很大的射電望遠鏡。
目光如炬
摘星于百億光年之外
既然“中國天眼”3年前落成啟用了,為什么今天才驗收呢?從世界大到世界靈敏,正是“中國天眼”3年來一刻不停調試和試觀測的目標和成果。
靈敏度和分辨率是射電望遠鏡的兩大核心指標。由于星體距離地球十分遙遠,到達地球時能量微弱,靈敏度是科學家發(fā)現暗弱天體的能力,而要想進一步看清遙遠天體的真實面貌,就要依靠分辨率。
“靈敏度是‘硬’的指標,基本由望遠鏡的口徑限定死了。分辨率則可以通過多臺相對小的望遠鏡協同配合來提高。”國家天文臺副研究員錢磊介紹。
“開創(chuàng)了建造巨型射電望遠鏡的新模式,突破了傳統(tǒng)望遠鏡的工程極限,采用全新設計方案、口徑更大的‘中國天眼’,比國外同類望遠鏡的調試期更短,遠超國際慣例和同行預期?!苯i說。
姜鵬說,“天眼”的索網結構,是世界上跨度大、精度高、工作方式特殊的。要實現反射面變形,對抗疲勞性能的要求極高,現成的鋼索實驗中都斷了。如果這個材料和工藝層面的問題不解決,整個項目就要停滯。
回憶10年前的“索網攻關”,姜鵬記憶猶新:“我們進行了可能是有史以來系統(tǒng)、大規(guī)模的索疲勞試驗,經過近百次失敗,終于研制出超高耐疲勞鋼索。”
一眼當先
大裝置牽引科技創(chuàng)新
北京大學科維理天文與天體物理研究所研究員李柯伽認為,天文學乃至物理學都是實驗科學,前人的理論研究走在了前面,后人的實驗驗證是關鍵,這就要用到大科學裝置。
“天天摸著望遠鏡做觀測的人,才能發(fā)現前沿的問題。”國家天文臺研究員韓金林說,過去中國缺少大望遠鏡設備,天文學家只能在某些領域從理論方面深挖,而現在則可以從觀測角度做出更多原創(chuàng)的、世界領先的成果。
從開工建設到國家驗收的短短9年間,收獲滿滿:
發(fā)表論文300余篇,其中SCI收錄80篇,EI收錄76篇。獲得一專利權人的授權專利69項,其中發(fā)明專利39項,實用新型專利30項;發(fā)現脈沖星優(yōu)質候選體146顆,已證實發(fā)現的脈沖星102顆。與上海天文臺天馬望遠鏡成功實現聯合觀測,在國際甚長基線干涉測量中發(fā)揮重要作用。
據國家天文臺原臺長、“中國天眼”工程經理嚴俊介紹,在建設階段,“中國天眼”獲得了鋼結構、自動化產業(yè)、機械工業(yè)等10余個領域的國家大獎。
火眼金睛
向宇宙未知地帶探索
“通常認為,宇宙中大約70%是暗能量,26%是暗物質,不到4%是重子物質,只有不到1%是人類能看見的發(fā)光物質?!崩羁沦ふf,密度極高的脈沖星屬于重子物質,而發(fā)光物質只相當于“一瓶可樂中的一滴水”。
多位天文學家認為,至少在分米波波段射電天文學、脈沖星觀測研究領域,“中國天眼”很快就能世界領先。除了天文學觀測以及建造望遠鏡帶動的技術創(chuàng)新,它還將成為精確的物理規(guī)律驗證實驗平臺。
韓金林認為,“中國天眼”目前發(fā)現這么多脈沖星不值得驚訝,它至少再新發(fā)現千余顆脈沖星,把人類能看見的脈沖星庫規(guī)模拓展50%,才算小有成就。
在調試期間,“中國天眼”已經發(fā)現了從未被其他望遠鏡觀測到的脈沖星現象。國家天文臺研究員李菂領銜的一個脈沖星研究結果,對經典的“旋轉木馬”輻射模型提出了挑戰(zhàn)。再如費米高能射電源,美國阿雷西博望遠鏡搜索未果,而“中國天眼”一次探測成功。
姜鵬說,借助“中國天眼”超高的靈敏度,國家天文臺已經將脈沖星的計時精度提升至世界原有水平的50倍左右,這將有可能使人類首次具備極低頻的納赫茲引力波的探測能力。
本組文并圖/新華社
詳解“中國天眼”
大 反射面由4450個反射單元構成,總面積為25萬平方米,相當于30個標準足球場那么。如果把它看成是一口盛滿水的鍋,容量夠全世界每個人分到4瓶水。
巧 30噸的饋源艙通過6根鋼索控制,可以在140米高空、206米的尺度范圍內實時定位。
強 能看見更遙遠暗弱的天體,它1分鐘就能發(fā)現的星體,即使把坐標提供給百米口徑的射電望遠鏡,對方也要9分鐘才能看見。
精 500米的尺度上測量角度精確到8角秒,10毫米的定位精度要求高做到了3.8毫米。
——轉載自人民日報