“中國天眼”通過國家驗收正式開放運行

2020年01月12日08:09  來源:北京青年報
 
原標題:“中國天眼”通過國家驗收正式開放運行

  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,成為全球最大且最靈敏的射電望遠鏡,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”首次發現2顆脈沖星,到11日召開的國家驗收會上公布已發現102顆脈沖星,它兩年多來發現的脈沖星超過同期歐美多個脈沖星搜索團隊發現數量的總和。

  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、電波環境保護等驗收意見,國家發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於批復的驗收指標,主要性能指標達到國際領先水平,具備了開放運行條件。

  國家天文台研究員、“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,大大落后於率先完成工業革命的西方國家,很多先進的儀器見都沒見過。”國家天文台研究員韓金林說。

  以王綬琯、南仁東等為代表的中國第一代、第二代天文學家,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——建成了世界最大的射電望遠鏡。

  目光如炬

  摘星於百億光年之外

  既然“中國天眼”3年前落成啟用了,為什麼今天才驗收呢?從世界最大到世界最靈敏,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。由於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。

  “靈敏度是最‘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台相對小的望遠鏡協同配合來提高。”國家天文台副研究員錢磊介紹。

  “開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式,突破了傳統望遠鏡的工程極限,採用全新設計方案、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。”姜鵬說。

  姜鵬說,“天眼”的索網結構,是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的。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最系統、最大規模的索疲勞試驗,經過近百次失敗,終於研制出超高耐疲勞鋼索。”

  一眼當先

  大裝置牽引科技創新

  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,后人的實驗驗証是關鍵,這就必須用到大科學裝置。

  “天天摸著望遠鏡做觀測的人,才能發現前沿的問題。”國家天文台研究員韓金林說,過去中國缺少大望遠鏡設備,天文學家隻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:

  發表論文300余篇,其中SCI收錄80篇,EI收錄76篇。獲得第一專利權人的授權專利69項,其中發明專利39項,實用新型專利30項﹔發現脈沖星優質候選體146顆,已証實發現的脈沖星102顆。與上海天文台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揮重要作用。

  據國家天文台原台長、“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、機械工業等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,隻有不到1%是人類能看見的發光物質。”李柯伽說,密度極高的脈沖星屬於重子物質,而發光物質隻相當於“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新,它還將成為最精確的物理規律驗証實驗平台。

  韓金林認為,“中國天眼”目前發現這麼多脈沖星不值得驚訝,它至少再新發現千余顆脈沖星,把人類能看見的脈沖星庫規模拓展50%,才算小有成就。

  在調試期間,“中國天眼”已經發現了從未被其他望遠鏡觀測到的脈沖星現象。國家天文台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。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,國家天文台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。

  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,相當於30個標准足球場那麼大。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最高做到了3.8毫米。

(責編:黃竹岩、張鑫)

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