朱一龙

扫一扫关注微信二维码 奥特曼

面向世界科技前沿,面向国家重大需求,面向国民经济主战场,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

——中国科学院办(ban)院方针

猪猪侠 > 传媒扫描

【科技日报】观天巨眼FAST:让中国射电天文领先世界二十年

2020-05-26 科技日报 何星辉 周泓汛 张(zhang)华
【字体:

语(yu)音播报

  它能看穿(chuan)130多亿光年的区域。作为(wei)世界最(zui)大(da)单(dan)口(kou)径、最(zui)灵敏的射电望远镜,“中国(guo)天眼”大(da)大(da)拓展了人类视野,对促进我国(guo)天文学(xue)现重大(da)原创突破(po)具(ju)有重要意义。

  紧闭(bi)的(de)电动(dong)门,挡住(zhu)了去路,“正在观测”的(de)警示牌格外醒目。这是贵州平塘大窝(wo)凼——“中国天眼”所在地。

  谁能想到,20多年(nian)前,这里还是一个人迹(ji)罕至的(de)地方(fang)。而今,大山环抱之下,一个“观(guan)天巨(ju)眼(yan)”静卧在大窝(wo)凼里,仰望苍穹,以“一眼(yan)千年(nian)”的(de)神技独步(bu)世界(jie)。

  “中国(guo)天(tian)眼(yan)”的学(xue)名是(shi)500米口径射电望远镜(FAST),其(qi)发射面积(ji)相当于(yu)30个标准足球场那么大。如果在里面倒满矿泉水(shui),全(quan)世界70亿(yi)人平(ping)均(jun)每人可分4瓶(ping)。

  作为(wei)目(mu)前世界上(shang)最大、最灵敏的单口径射电(dian)望(wang)远镜,它将让中国在射电(dian)天文领(ling)域领(ling)先世界20年。从跟跑到(dao)领(ling)跑,这背后,是中国不断崛起(qi)的科技力量。

  造“锅”:历时22年建成观天巨眼

  意(yi)大利天文学(xue)家伽利略首次发明了望(wang)远镜,把宇宙拉近到人(ren)(ren)(ren)类面前。射电天文学(xue)则(ze)让(rang)人(ren)(ren)(ren)认(ren)识到另外一(yi)个全(quan)新(xin)(xin)的(de)(de)世界,一(yi)个不能由人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)感官所感受(shou)的(de)(de)全(quan)新(xin)(xin)世界。

  20世纪30年代,射电天(tian)文学兴起(qi)。继美(mei)国工(gong)程师央斯基发(fa)现(xian)了(le)发(fa)射自(zi)银(yin)河系中心的无线(xian)电波(bo)后,美(mei)国科(ke)学家(jia)格罗特·雷伯在自(zi)家(jia)后院架起(qi)专门的天(tian)线(xian),用以探测来自(zi)天(tian)空的射电,被星际尘埃遮(zhe)蔽的广(guang)阔(kuo)太空世界,第一次为人们所(suo)认识。而(er)后,类星体(ti)、脉冲(chong)星、星际分(fen)子和(he)微波(bo)背景辐射这四大天(tian)文发(fa)现(xian),让射电天(tian)文学迅速崛起(qi)。

  不过,射电(dian)天文学(xue)与其他学(xue)科的重大不同之处,就(jiu)在于(yu)它是(shi)以观(guan)测(ce)为基(ji)础的学(xue)科。观(guan)测(ce)直接依赖于(yu)技术(shu),射电(dian)望(wang)远镜口径越大,观(guan)测(ce)的灵敏度(du)就(jiu)越高。

  1993年,在日本东京(jing)召开的国际无线电(dian)科学(xue)联盟(meng)大会上,与会科学(xue)家提出,要在全球电(dian)波环境恶化到不可收拾之(zhi)前,建造新一(yi)代(dai)射电(dian)“大望远镜”。时任中国科学(xue)院(yuan)北京(jing)天(tian)文台(tai)副台(tai)长(zhang)的南仁东坐不住了(le),他向同事(shi)提出:“我们也建一(yi)个吧!”

  南仁(ren)东所设想的(de)(de),是(shi)一个500米(mi)口(kou)径(jing)的(de)(de)超级射电望(wang)(wang)远镜(jing)(jing)。但是(shi),当时世界上最大的(de)(de)射电望(wang)(wang)远镜(jing)(jing)——阿雷(lei)西博射电望(wang)(wang)远镜(jing)(jing),口(kou)径(jing)也才305米(mi)。相比之下(xia),当时中国最大的(de)(de)射电望(wang)(wang)远镜(jing)(jing)口(kou)径(jing)不到30米(mi),不管是(shi)技术还是(shi)设备(bei)都非常薄弱。

  在很多人看来,南仁东的想(xiang)法简直(zhi)是天方夜谭。但(dan)他(ta)并非一时头脑(nao)发(fa)热。多年来,在观测上依赖外国射电望远镜(jing)窘境,让(rang)他(ta)太想(xiang)拥有(you)属于中国自(zi)己的超级望远镜(jing)。

  选址、论证、立项、建(jian)设,哪一步都不容易。

  为(wei)了(le)给“大(da)望远镜”安家,科学家们通过卫星遥感(gan)把贵(gui)州(zhou)(zhou)喀斯特山(shan)区翻(fan)了(le)个(ge)遍。南仁(ren)东(dong)从(cong)200多张遥感(gan)图像(xiang)里(li),挑选出所有(you)接(jie)近(jin)圆(yuan)形的洼地(di),然后(hou)闷着头钻进贵(gui)州(zhou)(zhou)的大(da)山(shan)里(li),最终将(jiang)目标锁定在了(le)贵(gui)州(zhou)(zhou)平塘的大(da)窝(wo)凼里(li)。从(cong)1994年(nian)启动选址,至此(ci)已经过去了(le)12年(nian)。

  “中国天眼”的(de)(de)(de)(de)建设(she),是一个(ge)史无前例的(de)(de)(de)(de)超级大工(gong)程(cheng)(cheng),涉及天文学、力学、机械工(gong)程(cheng)(cheng)和(he)岩土工(gong)程(cheng)(cheng)等各(ge)个(ge)领(ling)域,每一个(ge)领(ling)域几乎都(dou)是开(kai)创(chuang)性(xing)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作,国际上(shang)没(mei)有成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)经(jing)验可以借鉴(jian),南仁东带领(ling)他的(de)(de)(de)(de)团(tuan)队(dui)一步(bu)一个(ge)脚印,终(zhong)究踏平坎坷(ke)成(cheng)大道。

  2016年9月25日,“中国天眼”建(jian)成。

  坚守:科研“铁军”托举大国重器

  2017年(nian)10月,中(zhong)国科学院国家天(tian)文台(tai)对外公(gong)布,“中(zhong)国天(tian)眼”发现(xian)2颗新(xin)脉冲星,距离地球(qiu)分(fen)别约4100光年(nian)和1.6万光年(nian)。

  这是(shi)我国射电望远镜首(shou)次(ci)发现脉冲星,距“天眼之(zhi)父”南(nan)仁(ren)东(dong)病逝不到(dao)1个月(yue)。南(nan)仁(ren)东(dong)真(zhen)正走进大家视野,是(shi)他去世前在央视那一(yi)次(ci),他用孱弱沙哑的声音缓缓说出那一(yi)句:“FAST是(shi)全世界最先(xian)进、灵(ling)敏的射电望远镜,将探索宇宙百亿光年的微弱信号。”

  为了铸就这口“大(da)锅”,南仁东耗(hao)尽了一生心(xin)血(xue)。最终,“中(zhong)国天眼”开了“眼”,他(ta)却(que)永远闭上了双眼。但是,他(ta)为中(zhong)国射(she)电天文学(xue)开启了一个10年至(zhi)20年的“黄金期”。

  令人欣(xin)慰的(de)是(shi),无论(lun)是(shi)在调试期间,还是(shi)正式投入运行,“中国(guo)天眼”的(de)表现没有让人失望(wang)。

  截至(zhi)目(mu)前(qian),“中国天眼(yan)”已发现脉冲(chong)星逾(yu)370颗,并在快速(su)射电(dian)暴等研究领(ling)域取(qu)得系列重(zhong)大突破(po),是当之(zhi)无愧的“世界第一”。

  FAST中(zhong)心(xin)常务副主(zhu)任、总工程(cheng)师(shi)姜鹏说,“中(zhong)国(guo)天(tian)眼”背后,是一(yi)支托(tuo)举(ju)起(qi)大国(guo)重器的科(ke)研(yan)“铁军”,面(mian)对恶劣(lie)的自然环(huan)境和零起(qi)步(bu)的科(ke)研(yan)项目,FAST团队20多年如一(yi)日,默(mo)默(mo)坚守,攻坚克难。

  2008年,潘高峰(feng)博士毕业后(hou)加入(ru)FAST团队,他说,13年风(feng)风(feng)雨雨一路走来,经常能遇到“山穷水(shui)尽疑无路”的(de)绝境,也(ye)能享(xiang)受到“柳暗花(hua)明又(you)一村(cun)”的(de)喜(xi)悦(yue)。现为FAST中心综合管(guan)理(li)部(bu)主任的(de)潘高峰(feng),先后(hou)完成(cheng)FAST馈源支撑六塔选(xuan)址、大(da)跨度柔性(xing)六索(suo)并联机(ji)器(qi)人(ren)研(yan)制(zhi)建设、动光(guang)缆研(yan)制(zhi)等任务。

  清(qing)华(hua)学子姚蕊攻读(du)研究生阶段便(bian)进入(ru)FAST项(xiang)目组,如今(jin)已成(cheng)长为FAST中(zhong)心机械组组长。在FAST建设期(qi)间,她探索解决FAST馈(kui)源(yuan)舱(cang)(cang)超重问题的(de)创新(xin)方法,最终摒弃(qi)多年圆(yuan)柱体形状(zhuang)的(de)设计方案,创造性研制了(le)现(xian)在的(de)“钻石三角形”馈(kui)源(yuan)舱(cang)(cang)。

  从姜(jiang)鹏(peng)开(kai)始,孙京(jing)海、甘恒谦、于东(dong)骏、钱(qian)磊……几乎每个人都有(you)说不完的故事。

  在大(da)窝凼(dang)里,和南(nan)仁东一样的这群百人(ren)科(ke)研(yan)“铁军”,默默守护(hu)着“中国天(tian)眼”。

  开放:“中国天眼”让人类看得更远

  曾经“世(shi)界(jie)(jie)第一”的(de)美国阿雷西博望(wang)远镜发生坍塌之后,“中(zhong)国天(tian)(tian)眼(yan)”便成了如今全球唯一的(de)超大型射(she)电望(wang)远镜。正因为卓越的(de)综合(he)性(xing)能,“中(zhong)国天(tian)(tian)眼(yan)”对(dui)于天(tian)(tian)文(wen)观测和天(tian)(tian)文(wen)研究(jiu)的(de)重要(yao)性(xing)不言而喻,这也(ye)使得世(shi)界(jie)(jie)各国的(de)科(ke)学(xue)家纷(fen)纷(fen)想要(yao)借(jie)助“中(zhong)国天(tian)(tian)眼(yan)”开展研究(jiu)。

  2021年3月(yue)31日起,“中国(guo)(guo)天(tian)眼”面(mian)向全球开放,各国(guo)(guo)科(ke)学(xue)(xue)家均(jun)可提出(chu)申请,经审核后(hou)可使用“中国(guo)(guo)天(tian)眼”开展观测和研究。虽(sui)然射电天(tian)文(wen)学(xue)(xue)的(de)初(chu)衷就是为(wei)让人类看得更远,但是,“中国(guo)(guo)天(tian)眼”是我国(guo)(guo)自主(zhu)研制的(de)先(xian)进大(da)型天(tian)文(wen)观测设备,国(guo)(guo)际上并没有任何一(yi)个(ge)硬性规定(ding)要求中国(guo)(guo)与(yu)全世界共享(xiang)。因此(ci),中国(guo)(guo)的(de)这(zhei)一(yi)举动(dong),堪称国(guo)(guo)际科(ke)技界的(de)一(yi)股清流。

  姜鹏透(tou)露,目前,来自国(guo)内外的天文学(xue)家申(shen)请观(guan)测非常踊(yong)跃,不过“中国(guo)天眼”今(jin)年(nian)将只对(dui)外开(kai)放10%的观(guan)测时间。“申(shen)请观(guan)测的方(fang)向,基本(ben)覆盖了中低频射电(dian)望远镜(jing)的前沿(yan)科学(xue)问题。”

  观(guan)测(ce)(ce)时(shi)长是(shi)科(ke)学产出的重要保障,让姜(jiang)鹏欣慰的是(shi),“中国天眼(yan)”运(yun)行情(qing)况稳(wen)定,每天可以保证20个(ge)小(xiao)时(shi)左右的观(guan)测(ce)(ce)时(shi)长,每年(nian)大概可以运(yun)行7000个(ge)机(ji)时(shi),去除维护和测(ce)(ce)试(shi)时(shi)间,正(zheng)常(chang)观(guan)测(ce)(ce)时(shi)间应该不少(shao)于5000个(ge)机(ji)时(shi)。

  “我(wo)们不只是(shi)做(zuo)(zuo)世界最大(da)——要做(zuo)(zuo)最大(da)很容(rong)易,满地铺(pu),总(zong)能铺(pu)出世界最大(da),但(dan)如果(guo)要做(zuo)(zuo)成好用的(de)望远(yuan)镜,就是(shi)不同难度级别的(de)挑战。”姜鹏说(shuo),在调试期间,FAST团队(dui)就已经(jing)把建(jian)设时遗留(liu)的(de)一些问(wen)题解决了。目前,针对超级数据的(de)传(chuan)输和储(chu)存问(wen)题,因中国科(ke)学院有(you)稳(wen)定(ding)的(de)经(jing)费(fei)支持(chi),也已经(jing)得到了妥善解决。“‘中国天眼’一年产(chan)生的(de)数据大(da)约在15PB左右,每秒钟产(chan)生2GB,后者(zhe)的(de)数据量和下载一部(bu)电(dian)影相当。”

  目前(qian),“中国(guo)天(tian)(tian)眼(yan)”已经启动了脉冲(chong)星测(ce)时阵列、漂移扫描多(duo)科学目标巡天(tian)(tian)等(deng)5个重大(da)和优先项目。外界预测(ce),未来3至5年,“中国(guo)天(tian)(tian)眼(yan)”的高灵敏度将有可能(neng)使其在低频引力波探测(ce)、快速射电暴(bao)起源(yuan)、星际分(fen)子等(deng)前(qian)沿(yan)方向取得(de)突破(po)。

  姜鹏说,“中国天眼(yan)”发现这么多脉冲(chong)星,需要做大量(liang)的后随观测,这给(ji)FAST团队(dui)带来很大的挑战,希(xi)望(wang)中国正在规划(hua)打造的其(qi)他大型(xing)望(wang)远镜能尽(jin)快建(jian)成(cheng)。

  脉(mai)冲(chong)星(xing)就是旋转(zhuan)的(de)中(zhong)子星(xing),因不断地发出(chu)电磁脉(mai)冲(chong)信(xin)号而(er)得名。从脉(mai)冲(chong)星(xing)中(zhong)遴(lin)选(xuan)出(chu)脉(mai)冲(chong)信(xin)号稳定的(de)毫秒(miao)脉(mai)冲(chong)星(xing),将来有(you)望应用于(yu)星(xing)际导航。

  有(you)一种说法,5年后,“中国(guo)天(tian)眼”观测到的脉冲(chong)星(xing)(xing)(xing)有(you)望达到1000颗,有(you)可能(neng)定位并识别出银河系外(wai)(wai)的第一颗脉冲(chong)星(xing)(xing)(xing)。对此,姜(jiang)鹏表(biao)示,“中国(guo)天(tian)眼”如果(guo)发(fa)现(xian)河外(wai)(wai)脉冲(chong)星(xing)(xing)(xing)特别是(shi)黑洞双星(xing)(xing)(xing)系统的话,将可能(neng)是(shi)诺贝尔奖级(ji)别的成果(guo)。不过,“中国(guo)天(tian)眼”只是(shi)给科学(xue)家提供一种可能(neng)性,重大成果(guo)的产出,有(you)时候还需要一些(xie)运气。

  姜鹏说,FAST团队将(jiang)转换心(xin)态与(yu)角色定位(wei),由过去的建设(she)、调(diao)试、运维更多转变为服(fu)务,建立公平观测(ce)机(ji)制,努力为全(quan)球(qiu)科学家提(ti)供(gong)良好服(fu)务。“未来(lai)的舞台中心(xin)一定属于科学家,我们(men)甘当绿(lv)叶,陪衬他们(men)的光辉。”他说。

  数说成果

  500米口径

  “中国天眼”的全称(cheng)是500米口(kou)径球面射电(dian)望远镜,简称(cheng)FAST。

  11.5亿元造价

  “中国天眼”的建设,总共耗资11.5亿元,和(he)不到两公(gong)里地铁造价相当。更重要的是,特殊的望远镜、大量(liang)的运动部件和(he)机械装置,都无史可鉴。

  20年保持领先

  “中(zhong)国天(tian)(tian)眼”拥(yong)有世(shi)界领先(xian)的绝对灵(ling)敏度,将在宇宙演化、脉冲星(xing)探测、星(xing)际分子搜(sou)寻等领域(yu),为中(zhong)国科学家提供前所未有的机遇(yu)。鉴于射(she)电天(tian)(tian)文(wen)学的高速发(fa)展,“中(zhong)国天(tian)(tian)眼”的灵(ling)敏度优势预计可保持10—20年。

  5000机时

  目前,“中国(guo)天眼”运(yun)行情况稳定(ding),每(mei)天可以(yi)(yi)保证20个小时(shi)左右的观测时(shi)长(zhang),每(mei)年(nian)大概可以(yi)(yi)运(yun)行7000个机(ji)时(shi),去除维护(hu)和测试时(shi)间,正常观测时(shi)间每(mei)年(nian)应该不少(shao)于5000个机(ji)时(shi)。

  370多颗脉冲星被发现

  截至(zhi)目前(qian),“中国天眼”已发现脉冲星逾370颗,并(bing)在快(kuai)速射电暴(bao)等研(yan)究领域(yu)取(qu)得系列重大突破(po),是当(dang)之无愧(kui)的世界第一。根据预(yu)测(ce),5年(nian)后,“中国天眼”观(guan)测(ce)到(dao)的脉冲星有望达到(dao)1000颗。

  70多篇高水平论文

  基于(yu)FAST数据发(fa)表的高(gao)水平论(lun)文达(da)到70多篇(pian)。其中包括国(guo)际(ji)学(xue)术(shu)期刊《自然》连续发(fa)表我(wo)国(guo)科研(yan)团队(dui)在快速射(she)电暴领域取得的重(zhong)要研(yan)究(jiu)成果。“中国(guo)天眼”通过对(dui)快速射(she)电暴深度观测取得重(zhong)要科学(xue)进展。

(原载于《中国科学报》 2020-05-26 05版(ban))

打印 责任(ren)编(bian)辑:阎(yan)芳(fang)

扫一扫在手机打开当前页

© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002

地(di)址(zhi):北京市三里(li)河路(lu)52号 邮编:100864

电话: 86 10 68597114(总机(ji)) 86 10 68597289(值班(ban)室)

编辑部邮箱:casweb@cashq.ac.cn

  • © 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002

    地址:北京市三里河(he)路52号 邮(you)编:100864

    电话: 86 10 68597114(总机(ji)) 86 10 68597289(值班(ban)室(shi))

    编辑(ji)部邮箱:casweb@cashq.ac.cn

  • © 1996 - 中国科学院 版权所有
    京ICP备05002857号-1
    京公网安备110402500047号
    网站标识码bm48000002

    地址:北京市三里河路52号 邮编:100864
    电话:86 10 68597114(总机)
       86 10 68597289(值班室)
    编辑部邮箱:casweb@cashq.ac.cn

  • xml地图 | sitemap地图
    该忘了
    分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
    做家务的男人2 双世宠妃3非诚勿扰 兰博基尼 王牌对王牌 猫和老鼠 河南暴雨辟谣消息最佳女婿 台风“烟花”本体已上岸 偶像练习生 格力研发空调发电 今年盛夏气候预测 大妈水枪喷火炬手 斗破苍穹 逆天邪神 吴京谢楠 贰 王源 李沁 你好世界 李敏镐95岁女王自驾看展 爱上特种兵 美好的日子 梦幻西游 起风了 萌探探探案 狐妖小红娘 王源 猫和老鼠 丰田 奥特曼 10分钟吃34个汉堡 只是太爱你 全职法师 万古神帝 乘风破浪的姐姐 奥迪 杨幂 小花仙斗罗大陆 两象打架一象劝和 nba选秀 河南暴雨辟谣消息 郑州地铁5号线周边菊花被买空 接招吧前辈 10分钟吃34个汉堡 金牛座 魔兽世界 上海5人被浪卷走 郑州暴雨千年一遇我和我的祖国 女足 生化危机2重制版 郑州地铁总工程师回应乘客遇难 生死狙击 千与千寻 逆天邪神 爱上特种兵 海报 意甲直播 | 下一页
    Baidu
    sogou
    百度 搜狗 360