國際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文學(xué)》近期發(fā)表了中國科學(xué)家一項重要發(fā)現——通過(guò)“中國天眼”FAST的觀(guān)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(xué)意義。
這顆脈沖星，是“中國天眼”FAST“入職”以來(lái)，發(fā)現的800余顆脈沖星中的一顆，這些重要發(fā)現為人類(lèi)研究宇宙提供了很多有利的數據幫助。
從古人發(fā)出的“日月安屬？列星安陳？”的《天問(wèn)》，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(lèi)“視界”延伸到百億光年之外。從選址、建設、調試、運營(yíng)，“中國天眼”建設運維過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節，無(wú)不在運用中國智慧和中國制造，在人類(lèi)極目宇宙的道路上貢獻著(zhù)力量。
2022年7月24日拍攝的“中國天眼”夜景（維護保養期間拍攝，無(wú)人機光繪）。新華社記者 歐東衢 攝
“這是一個(gè)美麗的風(fēng)景、科學(xué)風(fēng)景！”
20世紀90年代，“中國天眼”設想提出時(shí)，大膽到有些突兀。
當時(shí)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(guò)3000年的時(shí)間里，華夏文明連續不斷地記錄著(zhù)各種天文現象，中國古代天文學(xué)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(lái)，中國天文學(xué)跟其他科學(xué)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(xué)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(zhù)極高要求，為了給望遠鏡找個(gè)最合適的“家”，當時(shí)年近50歲的南仁東帶著(zhù)團隊與300多幅衛星遙感圖，風(fēng)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）、維護保養期間的“中國天眼”（右下，2022年7月攝）（無(wú)人機照片）。新華社記者 歐東衢 攝
12年時(shí)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(gè)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(dòng)工開(kāi)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(wàn)多噸鋼材；反射面板總面積25萬(wàn)平方米，相當于30個(gè)標準足球場(chǎng)，用掉2000多噸鋁合金；如果將“中國天眼”裝滿(mǎn)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(shuō)：“這是一個(gè)美麗的風(fēng)景、科學(xué)風(fēng)景！”
2017年9月，南仁東因肺癌去世。走前，他實(shí)現了奮斗一生的夢(mèng)想——建一臺世界最大最強的射電望遠鏡?，F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(lèi)觀(guān)察宇宙視野的極限。
反復試驗、多次失敗、越挫越勇
獨一無(wú)二的科學(xué)工程，沒(méi)有經(jīng)驗可循，注定會(huì )面臨史無(wú)前例的挑戰。
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”?！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)結構是世界上跨度最大、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(jìn)行維護保養（維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
FAST運行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬帶著(zhù)一幫青年人，用整整兩年時(shí)間，進(jìn)行了大規模的索疲勞試驗。近百次失敗，從千頭萬(wàn)緒中不斷探尋解決問(wèn)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(dòng)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(méi)人告訴你可以怎么做，誰(shuí)也沒(méi)有把握自己的方法一定行?！苯i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建設階段的每一個(gè)環(huán)節。
僅在建設階段，“中國天眼”就獲得了鋼結構、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、機械工業(yè)、創(chuàng )新設計、測繪地理信息技術(shù)、電磁兼容研發(fā)、建設工程等10余個(gè)領(lǐng)域的國家大獎。
在調試階段，“中國天眼”又碰到難題?！啊e木’搭好了，但望遠鏡不能按照總控的指令高效運行?！盕AST運行和發(fā)展中心測控部主任孫京海說(shuō)，“簡(jiǎn)單的修復解決不了問(wèn)題，控制系統必須推倒重建?！?/p>
為了盡快開(kāi)發(fā)出新的控制系統，孫京海無(wú)數次挑燈夜戰至東方既白，幾乎重寫(xiě)了全部核心算法代碼。他心里只有一個(gè)信念：不能讓工程調試進(jìn)度耽誤在自己這里。最終，在正式測試時(shí)，一套為“中國天眼”量身定制的控制系統，所有指標一次通過(guò)。
“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(xué)家們充分發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性和創(chuàng )造力，在不斷“挑戰認知和技術(shù)極限”、不斷“發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題”中優(yōu)化升級。
今年7月底，在中國科學(xué)院國家天文臺、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等10家單位共同努力下，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“智能機器人”重點(diǎn)專(zhuān)項“重大科學(xué)基礎設施FAST運行維護作業(yè)機器人系統”項目通過(guò)驗收，極大提升了“中國天眼”運維質(zhì)效，年觀(guān)測時(shí)間可增加1000小時(shí)左右。
7月26日，工作人員在調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(lèi)觀(guān)天視野極限
發(fā)現800余顆新脈沖星、首次在射電波段觀(guān)測到黑洞“脈搏”、探測到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據……“中國天眼”成果頻出，不斷拓展人類(lèi)觀(guān)測宇宙的視野極限。
6月23日拍攝的“中國天眼”全景（維護保養期間拍攝，無(wú)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)現象，在1毫秒的時(shí)間內能釋放出太陽(yáng)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(xué)家領(lǐng)導的科研團隊發(fā)現了首例持續活躍重復快速射電暴FRB 20190520B，對更好理解這一宇宙神秘現象具有重要意義。
國家天文臺研究員李柯伽所在的中國脈沖星測時(shí)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。
“FAST的靈敏度讓中國天文學(xué)家站在了人類(lèi)視野的最前沿?！崩羁沦ふf(shuō)，憑借“中國天眼”的優(yōu)良性能，CPTA研究團隊以數據精度、脈沖星數量和數據處理算法上的優(yōu)勢，彌補了觀(guān)測時(shí)長(cháng)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(shuō)。
總策劃：趙丹平、顧錢(qián)江
監制：閔捷
統籌：衛鐵民
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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