中國天眼已發(fā)現(xiàn)300多顆脈沖星 4月將向全球科學(xué)家開放

已發(fā)現(xiàn)300多顆脈沖星 4月1日將向全球科學(xué)家開放

中國天眼：與世界共見未來

300多顆脈沖星!

這是“中國天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)最新公布的探測發(fā)現(xiàn)成績單。

2月5日上午，習(xí)近平總書記親切會(huì)見“中國天眼”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和科研骨干后指出，“中國天眼”是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是觀天巨目、國之重器，實(shí)現(xiàn)了我國在前沿科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大原創(chuàng)突破，以南仁東為代表的一大批科技工作者為此默默工作，無私奉獻(xiàn)，令人感動(dòng)。

今年4月1日，F(xiàn)AST將正式向全球科學(xué)家開放。4月1日至5月15日，向全世界征集觀測項(xiàng)目建議，各國科學(xué)家可以通過在線方式向國家天文臺(tái)提交觀測申請。7月20日，公布評(píng)審結(jié)果，8月1日起，開始安排FAST觀測時(shí)間。

全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會(huì)主任武向平接受采訪時(shí)表示，“中國天眼”向世界全面開放，彰顯了充分合作的理念。“中國正迎來射電天文發(fā)展的黃金時(shí)期，我們要利用這個(gè)寶貴的窗口期，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類探索和認(rèn)識(shí)宇宙做出貢獻(xiàn)。”武向平說。

有望在納赫茲引力波方面取得重大突破

遙遠(yuǎn)星空，浩瀚宇宙，充滿未知的神秘。

光年之外，暗物質(zhì)如何分布，星系怎樣演化?

百億歲宇宙，從哪里來，又將到哪里去?

宇宙的奧秘，吸引人類不斷探索。回溯原初宇宙前景，正是為了更了解宇宙未來的走向，從而幫助人類找到更美好的未來。

拿脈沖星來說，其密度，每立方厘米相當(dāng)于1萬艘萬噸巨輪的質(zhì)量壓縮起來。那是一個(gè)地球上無法想象的、類似科幻小說《三體》里“水滴”的世界。

從脈沖星中遴選出脈沖信號(hào)穩(wěn)定的毫秒脈沖星，將來有望應(yīng)用于星際導(dǎo)航。而探尋“地外文明”，搜尋星際通信信號(hào)，一直是個(gè)具有無窮誘惑力的科學(xué)目標(biāo)。

1967年，人類發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星。中國奮起直追，50年后，才用自己的射電望遠(yuǎn)鏡FAST發(fā)現(xiàn)了第一顆新脈沖星。

盡管起步晚，卻手擁大國重器，后來居上。

500米口徑，世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡;靈敏度最高，穩(wěn)居世界射電望遠(yuǎn)鏡之首，可有效探索的空間范圍體積，遠(yuǎn)超此前最先進(jìn)的射電望遠(yuǎn)鏡。

擁有多個(gè)世界之最的FAST，從1994年提出建造構(gòu)想，到2016年落成啟用，再到完成調(diào)試，順利運(yùn)行并取得一系列科學(xué)成果，一直備受矚目，受到全球科學(xué)界熱切關(guān)注。

《科學(xué)》期刊曾多次報(bào)道FAST進(jìn)展，《自然》期刊則把FAST落成列為2016年全球產(chǎn)生重大影響的科學(xué)事件。

能刺穿“光年之外”，刷新宇宙深空的天圖;能巡視宇宙大爆炸“蹤跡”，洞悉宇宙“前世”……“中國天眼”的建成、運(yùn)行，不僅開啟了中國人“睜眼看宇宙”的新征程，也使得人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃、眼界更加開闊。

與美國的“鳳凰”計(jì)劃相比，“中國天眼”可將類太陽星巡視目標(biāo)擴(kuò)大至少5倍。

中科院國家天文臺(tái)研究員、“中國天眼”首席科學(xué)家李菂曾介紹，“天眼”在很多領(lǐng)域具備超強(qiáng)“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(yàn)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。

從2017年10月，首次發(fā)現(xiàn)2顆新脈沖星，到試運(yùn)行結(jié)束，公布發(fā)現(xiàn)102顆脈沖星，到一躍突破300顆……被譽(yù)為“中國天眼”的FAST，探測成績的進(jìn)步可謂一日千里。其發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量，遠(yuǎn)超同期歐美多個(gè)脈沖星搜索團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)量的總和。

截至FAST正式運(yùn)行一周年之際，基于FAST數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文已達(dá)到40余篇，快速射電暴成果入選《自然》期刊公布的2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

目前，“中國天眼”已經(jīng)在直徑約10萬光年的銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)一批脈沖星，又在遙遠(yuǎn)的河外星系探測到快速射電暴和中性氫發(fā)射線。

武向平介紹，F(xiàn)AST綜合性能全球領(lǐng)先，極大拓展了人類觀察宇宙視野的極限，可以重現(xiàn)宇宙不同時(shí)期的圖像，探測信號(hào)最弱的脈沖星，不斷擴(kuò)展觀測樣本的數(shù)量。期待未來5年這一數(shù)字能達(dá)到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆脈沖星。

武向平說：“FAST脈沖星計(jì)時(shí)精度領(lǐng)先國際水平4倍以上，有望在納赫茲引力波這一全世界備受關(guān)注的前沿科學(xué)探測方面取得重大突破?！?/p>

具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擁有多項(xiàng)世界之最

作為世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國天眼”有多大呢?

它的口徑，也就是它主動(dòng)反射面的直徑是500米，它的反射面總面積為25萬平方米，相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大。

建設(shè)它的圈梁、索網(wǎng)和支撐饋源艙的6座高塔，就用掉1萬多噸鋼材。反射面板盡管才1毫米厚，但也用掉了2000多噸鋁合金。

“中國天眼”很牛，其廣為人知的，不僅僅是它的“最大”“最靈敏”，還在于它具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擁有三項(xiàng)自主創(chuàng)新：一是利用貴州天然的喀斯特巨型洼地作為臺(tái)址，二是自主發(fā)明了主動(dòng)變形反射面，三是自主提出輕型索拖動(dòng)饋源平臺(tái)和并聯(lián)機(jī)器人。

被人們親切地昵稱為“大鍋”的它，建設(shè)在天然的喀斯特洼坑——大窩凼。

在這里建設(shè)有多難?大窩凼下面50多米深的地方，有貴州最大的地下河——大小井巖溶地下暗河，雨水基本從暗河流走。一旦遇有極端暴雨，地下河水位上漲，“大鍋”就會(huì)面臨危險(xiǎn)。工程技術(shù)人員沿洼地底部開鑿泄洪隧洞，從根本上消除了洪澇風(fēng)險(xiǎn)。

饋源平臺(tái)能否經(jīng)受考驗(yàn)，直接影響著射電望遠(yuǎn)鏡是否穩(wěn)如泰山。

美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的饋源平臺(tái)重達(dá)1000噸，經(jīng)年累月風(fēng)吹日曬，支撐的鋼索沒扛住老化，2020年12月發(fā)生斷裂，導(dǎo)致平臺(tái)垮塌。

而“中國天眼”采取輕型索支撐饋源平臺(tái)方案，6根鋼索控制的饋源艙，重量僅有30噸。通過并聯(lián)機(jī)器人二級(jí)調(diào)整，在降低建造成本、提高安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)高精度定位。

“天眼”非凡，凝聚著中國人的智慧和汗水。

FAST開創(chuàng)了建造巨型望遠(yuǎn)鏡的新模式，突破了傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的百米工程極限。研制建設(shè)期間，攻克了大量的超標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和技術(shù)難關(guān)，多項(xiàng)因FAST而生的技術(shù)被鑒定為國際領(lǐng)先水平。比如，超低損耗耐疲勞動(dòng)態(tài)光纜，單條光纜可彎折超過10萬次。具有超高耐疲勞性能的鋼索結(jié)構(gòu)，在200萬次循環(huán)加載條件下的疲勞強(qiáng)度可達(dá)500兆帕，是目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的2.5倍，在國際范圍內(nèi)尚未見先例。這是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。

FAST的研制建設(shè)，體現(xiàn)了中國自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)了中國大科學(xué)工程由跟蹤模仿到集成創(chuàng)新的跨越，為中國射電天文多個(gè)研究領(lǐng)域和自然科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域提供重大發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了良好機(jī)會(huì)。

多位天文學(xué)家指出，除了天文學(xué)觀測以及建造望遠(yuǎn)鏡帶動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新，“中國天眼”還將成為最精確的物理規(guī)律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

FAST全新結(jié)構(gòu)和苛刻的技術(shù)要求，還推動(dòng)了中國眾多高科技領(lǐng)域的科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，同時(shí)也促進(jìn)了西部經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會(huì)進(jìn)步。

FAST所在的貴州，曾是“經(jīng)濟(jì)洼地”和“脫貧主戰(zhàn)場”。如今，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革浪潮中，發(fā)掘出大數(shù)據(jù)等“彎道超車”產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新潛力。而依托中國天眼科普基地而建的天文小鎮(zhèn)，又將迎來覆蓋“中國天眼”全生命周期的數(shù)據(jù)處理中心的落戶。

為讓“天眼”更“明亮”，創(chuàng)新奮斗永不止步

重大創(chuàng)新、重大突破的背后，離不開FAST 團(tuán)隊(duì)默默無聞的辛勤付出。

20世紀(jì)90年代初，建設(shè)FAST的想法剛剛萌芽。當(dāng)時(shí)，中國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑不到30米，而口徑為300多米的美國阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡已建成30年。

差距太大了。要跨越式發(fā)展，比肩世界先進(jìn)，還要為全人類叩問宇宙亙古之謎，難度有多大，可想而知。

“快一點(diǎn)、再快一點(diǎn)”，讓中國人盡早用上探索宇宙的利器，是“天眼之父”南仁東生前最大的愿望，也是整個(gè)FAST團(tuán)隊(duì)的使命。帶著這份重如山的責(zé)任，以南仁東為代表的一大批科技工作者，在20多年的時(shí)間里，扎根偏遠(yuǎn)的貴州大山深處，一次又一次攻克難關(guān)，用實(shí)際行動(dòng)詮釋了“追趕、領(lǐng)先、跨越”的FAST精神。

咬定青山不放松。

在基礎(chǔ)弱、差距大的情況下，要想把口徑500米的望遠(yuǎn)鏡搭起來，其反射面總面積將達(dá)25萬平方米，附近還不能有電磁信號(hào)干擾，光選址就是一大難題。

1994年起，時(shí)任中科院北京天文臺(tái)副臺(tái)長的南仁東從幾百張衛(wèi)星遙感圖中反復(fù)挑選，到大山里挨個(gè)踩點(diǎn)，在眾多喀斯特地貌中找到最接近正圓形的洼坑。2006年，借貴州黔南天然之勢，南仁東終于為FAST找到了安身之地。

不破樓蘭終不還。

2007年，F(xiàn)AST作為“十一五”重大科學(xué)裝置被國家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)，建設(shè)任務(wù)走向正軌。挑戰(zhàn)難度也隨之升級(jí)：望遠(yuǎn)鏡靠6座巨型支撐塔固定;為接收來自天體的無線電波信號(hào)，可調(diào)節(jié)的反射面需要同等直徑的索網(wǎng)支撐;用于接收電磁波的饋源艙運(yùn)動(dòng)范圍超過200米，運(yùn)動(dòng)精度還要控制在毫米級(jí)別……工程任務(wù)融合天文、機(jī)械、材料、無線電等領(lǐng)域，每項(xiàng)工藝都可謂前無古人。

著名天文學(xué)家南仁東，如“老工人”一般，帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)把整個(gè)大工程拆解成許多個(gè)小工程。從子系統(tǒng)到零部件逐層細(xì)化，再把時(shí)間、人力、經(jīng)費(fèi)套進(jìn)此框架，給每個(gè)小工程設(shè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)……

一點(diǎn)一點(diǎn)死磕，憑著滿腔熱血，依靠自主創(chuàng)新，一個(gè)難關(guān)一個(gè)難關(guān)攻破?？粗褂?jì)時(shí)趕進(jìn)度，成為團(tuán)隊(duì)的必修課。就這樣，2016年9月25日，F(xiàn)AST迎來整體竣工。從選址到竣工，南仁東把人生最后20余年給了FAST，創(chuàng)造出一個(gè)奇跡。

踏平坎坷成大道。

單口徑500米的射電望遠(yuǎn)鏡，只要建成，就是世界之最。FAST團(tuán)隊(duì)卻并不滿足于此。他們要建成這個(gè)世界之最，還要建得好，讓這只“天眼”看得靈。

舉個(gè)例子，為了讓望遠(yuǎn)鏡更靈敏，團(tuán)隊(duì)成員必須讓反射面的拋物面更完美、讓接收機(jī)離焦點(diǎn)更近。但這樣的要求，近乎苛刻。FAST現(xiàn)場高度差150米，氣壓有25毫帕的變化，可能產(chǎn)生數(shù)毫米的誤差，測量反射面的全站儀若想保證絕對(duì)精度，還要考慮地球曲率、夾角產(chǎn)生的誤差……為保準(zhǔn)確，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)在6個(gè)月內(nèi)研發(fā)出一套全新的測量技術(shù)，反射面測量精度可達(dá)1毫米以內(nèi)。

自2011年開工建設(shè)起，肩負(fù)現(xiàn)場建設(shè)重任的FAST團(tuán)隊(duì)成員，就開始了日夜堅(jiān)守、舍家拼搏的奉獻(xiàn)之旅。經(jīng)過不懈努力，團(tuán)隊(duì)快速實(shí)現(xiàn)瞭望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)集成，提前完成了功能性調(diào)試任務(wù)，并在兩年時(shí)間內(nèi)完成了各專業(yè)組的驗(yàn)收。

全國五四紅旗團(tuán)支部、中國青年科技獎(jiǎng)、中國青年五四獎(jiǎng)?wù)录w;中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)，中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，中國電子學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，中國科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)……這支年輕的團(tuán)隊(duì)，有著數(shù)不清的榮譽(yù)與豐碩的授權(quán)專利和論文成果，卻始終如一，不忘初心，低調(diào)地守護(hù)著“天眼”。為了讓“天眼”更“明亮”，今年的春節(jié)，他們也依然堅(jiān)守在崗位。如今，為了迎接4月1日正式向世界開放，他們正為提升望遠(yuǎn)鏡性能、擴(kuò)展望遠(yuǎn)鏡的功能，確保穩(wěn)定運(yùn)行而更加努力。(衛(wèi)央)

來源：中國紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)