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這項(xiàng)大國(guó)工程厲害了！52.4秒，聽(tīng)到宇宙的心跳！
2017年10月10號(hào)，國(guó)家天文臺(tái)宣布，經(jīng)過(guò)一年緊張調(diào)試，坐落在貴州群山之中的“中國(guó)天眼”FAST “聽(tīng)見(jiàn)”了來(lái)自宇宙2顆脈沖星的聲音。盡管這段神秘“天籟之音”只有短短30秒，但卻蘊(yùn)含著等待破解的宇宙之謎。FAST 超乎尋常的表現(xiàn)一舉實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在脈沖星發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域“零的突破”，為世界射電天文學(xué)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。
天眼成功 可視宇宙邊緣將揭開(kāi)面紗
這些被專業(yè)網(wǎng)站和天文愛(ài)好者爭(zhēng)相轉(zhuǎn)載的聲音，有的來(lái)自1.6萬(wàn)光年以外，有的來(lái)自4100光年以外，都是FAST望遠(yuǎn)鏡的最新觀測(cè)成果。
只聞其聲，不見(jiàn)其人。目前的資料中，我們還無(wú)法獲取這兩顆脈沖星的清晰照片，所知的只有大致位置。這張光學(xué)波段整個(gè)天空的照片中，正中央就是銀河中心，白色圓圈指示的就是此次發(fā)現(xiàn)的J1859—0131在銀河中大致的位置，大約距地球1.6萬(wàn)光年;黃圈是另外一顆脈沖星J1931—01的位置，距地球約4100光年。
脈沖星是高速自轉(zhuǎn)著的中子星，大多質(zhì)量比太陽(yáng)還要重，周長(zhǎng)卻不足北京市六環(huán)路的長(zhǎng)度，被譽(yù)為宇宙最神秘天體，諾貝爾獎(jiǎng)兩度授予與脈沖星有關(guān)的發(fā)現(xiàn)。中國(guó)天眼此次發(fā)現(xiàn)脈沖星的重要的價(jià)值和意義不言而喻，除此之外，脈沖星因?yàn)槠渥赞D(zhuǎn)周期精確，是宇宙中最精準(zhǔn)的時(shí)鐘，將來(lái)也會(huì)影響到我們的生活。而FAST此次發(fā)現(xiàn)的這兩個(gè)脈沖星就像兩個(gè)停不下來(lái)的陀螺，一顆自轉(zhuǎn)周期1.83秒，另一顆自轉(zhuǎn)周期為0.59秒。
FAST工程副總工程師李菂表示：“脈沖星導(dǎo)航是一直被研究的一個(gè)前沿的應(yīng)用型課題，為將來(lái)的有可能的深空導(dǎo)航提供了一個(gè)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。”
這兩顆脈沖星分別于2017年8月22日和25日被發(fā)現(xiàn)，其中前者是FAST確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星，距離地球1.6萬(wàn)光年，發(fā)現(xiàn)它時(shí)，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡只用了52.4秒。
實(shí)際上在FAST望遠(yuǎn)鏡的調(diào)試觀測(cè)階段，已經(jīng)有兩顆脈沖星被發(fā)現(xiàn)并通過(guò)國(guó)際認(rèn)證，而目前FAST已經(jīng)探測(cè)到了數(shù)十個(gè)優(yōu)質(zhì)脈沖星的侯選體。2017年9月25號(hào)，也就是FAST一周歲那天，中國(guó)科學(xué)家就曾首次公布一段來(lái)自宇宙深處的神秘聲音，這是一段被探測(cè)到的脈沖信號(hào)，我們接下來(lái)聽(tīng)到的聲音，就是科學(xué)家將其放大并配樂(lè)的效果，像是人類和宇宙一次超越千年的唱和。
目前FAST還是用的單波束接收機(jī)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一次只能看一個(gè)目標(biāo)，但是不久的將來(lái)。它會(huì)安裝上19波束接收機(jī)，未來(lái)有希望找到4000顆脈沖星。
李菂表示：“FAST現(xiàn)在最重要的任務(wù)還是進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試，要全部達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，預(yù)計(jì)應(yīng)該是兩年之內(nèi)。”
在FAST之前，我國(guó)天文界面臨核心技術(shù)被國(guó)外封鎖、設(shè)備嚴(yán)重落后于人的窘境。新建成的FAST與號(hào)稱“地面最大機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,靈敏度提高了約10倍;與被評(píng)為“人類20世紀(jì)十大工程之首”的美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的綜合性能也提高了約2.5倍。它將幫助人們探索百億光年以外星際間的互動(dòng)信息。這個(gè)500米口徑的大工程，帶給我們的將是超強(qiáng)的靈敏度，不僅可以將我國(guó)的空間測(cè)控能力從月球軌道延伸到太陽(yáng)系的邊緣，而且可以捕捉到百億光年外來(lái)自宇宙爆炸時(shí)的神秘信息，將人類的探測(cè)能力提升到前所未有的高度。
“中國(guó)天眼”擁有四大絕技。
獨(dú)門絕技一，大口徑看得遠(yuǎn)。FAST的口徑達(dá)到了世界之最500米。理論上說(shuō)FAST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近于可視宇宙的邊緣。
獨(dú)門絕技二，靈活自如的巨眼。如果把FAST比作一只巨大的眼睛，那么這只巨眼的眼球直徑就有500米，而負(fù)責(zé)接收光線的眼珠直徑就有300米。FAST就是靠這個(gè)巨大靈活的眼珠來(lái)匯聚電磁波、觀測(cè)深空。
獨(dú)門絕技三，毫米精度。FAST的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里，否則，就無(wú)法監(jiān)聽(tīng)到宇宙中微弱的射電信號(hào)。500米的結(jié)構(gòu)，處處都是頭發(fā)絲般毫米級(jí)的精度要求。用來(lái)編織索網(wǎng)的7000多根手臂般粗細(xì)的鋼纜，每一根的加工精度都被控制在1毫米以內(nèi)，最終的500米口徑的天線精度是3個(gè)毫米，每一塊小面板的制造精度是1.5個(gè)毫米。
獨(dú)門絕技四，深空獵手。FAST能夠沖出銀河系，尋找新星，特別是快速旋轉(zhuǎn)、密度極高的脈沖星。FAST還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，掌握星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié)，揭秘宇宙的起源和演化。
平方公里列陣射電望遠(yuǎn)鏡組織SKA總干事菲利普·戴蒙德表示：“我和世界上很多科學(xué)家都非常期待FAST開(kāi)始觀測(cè)宇宙中不同的星體。它將有能力觀測(cè)到宇宙大爆炸時(shí)期的信號(hào)，探測(cè)能力幾乎能夠接近到整個(gè)宇宙起源。它將發(fā)現(xiàn)我們從未見(jiàn)過(guò)的事物。”
23年仰望星空 他為中國(guó)天眼鞠躬盡瘁
建成一年來(lái)，F(xiàn)AST一直仰望著宇宙蒼穹，數(shù)據(jù)顯示，近半年的時(shí)間FAST已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將近20顆脈沖星的候選體，其中最遠(yuǎn)的一顆距離地球距離差不多是2萬(wàn)光年左右。FAST的建設(shè)和投入使用取得豐碩成果，把中國(guó)射電天文學(xué)推向世界最前沿，開(kāi)啟了中國(guó)射電波段大科學(xué)裝置系統(tǒng)產(chǎn)生原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的新階段。此時(shí)此刻，我們都不應(yīng)該忘記一個(gè)人，他于2017年9月15號(hào)離開(kāi)了我們。23年前，他提出了建設(shè)“天眼”的構(gòu)想，23年來(lái)，他兢兢業(yè)業(yè)、默默奉獻(xiàn)最終將夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，他就是FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東。
FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東表示：“人類之所以脫穎而出，從低等的生物演化成現(xiàn)代出現(xiàn)了文明，就是有一種對(duì)未知探索的精神。”
南仁東，1968年畢業(yè)于清華大學(xué)無(wú)線電系，畢業(yè)后當(dāng)過(guò)工人做過(guò)管理，但當(dāng)他踏入天文學(xué)領(lǐng)域便大放光芒。2006年在他缺席會(huì)議的情況下，被世界各國(guó)的天文學(xué)家推選為國(guó)際天文學(xué)會(huì)射電專業(yè)部主席。
上世紀(jì)80年代，身為中科院研究員的南仁東留學(xué)海外，接觸到了國(guó)際天文學(xué)最新的研究成果。當(dāng)他看到其它國(guó)家遠(yuǎn)超我國(guó)的天文設(shè)備時(shí)，南仁東萌生了研究中國(guó)人自己的望遠(yuǎn)鏡的想法。從此，南仁東便開(kāi)啟了一段22年仰望星空的浪漫冒險(xiǎn)。
天眼建設(shè)，每一步都是難關(guān)。從1994年開(kāi)始，南仁東和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了漫長(zhǎng)的選址工作。由于世界上從未有先例，一切都要從頭開(kāi)始，光選址與研究就花費(fèi)了13年的時(shí)間。
南仁東表示：“地圖我們拿來(lái)照看，一片一片鋪在上面找，不能漏掉。”
由于射電望遠(yuǎn)鏡不能受到無(wú)線電波干擾，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，南仁東把目光轉(zhuǎn)向人跡罕至的深山老林，打算利用喀斯特洼地建設(shè)巨型球面望遠(yuǎn)鏡。在觀察了上千張衛(wèi)星地圖，實(shí)地考察了上百個(gè)地區(qū)之后，南仁東的目光最終落在了貴州省平塘縣一個(gè)天然的深坑上。
南仁東表示：“我們的FAST臺(tái)址大窩凼洼坑，是我們從300多個(gè)候選洼地里挑選出來(lái)的。對(duì)地形、地貌、工程、地質(zhì)、水文都做了多學(xué)科的探討，我們選到了一個(gè)地球上獨(dú)一無(wú)二的最適合FAST建設(shè)的臺(tái)址。”
作為國(guó)家重大科學(xué)基礎(chǔ)工程之一，F(xiàn)AST的建設(shè)面對(duì)著一系列工程難題。2011年3月，F(xiàn)AST工程正式開(kāi)工建設(shè)，一項(xiàng)項(xiàng)看似無(wú)解的技術(shù)難題接踵而至。巨大的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法整體移動(dòng)，南仁東等科學(xué)家以及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)想出了一個(gè)新辦法，通過(guò)移動(dòng)這些反射面板來(lái)調(diào)整觀測(cè)區(qū)域，但這也意味著支撐和調(diào)整這些反射面板活動(dòng)的鋼索要承載巨大的耐疲勞考驗(yàn)，耐疲勞性能必須達(dá)到規(guī)范值的兩倍。
由南仁東帶領(lǐng)的FAST團(tuán)隊(duì)，是一支包括著國(guó)內(nèi)幾十家科研院所、大專院校、工程企業(yè)和100多位科學(xué)家組成的數(shù)千人龐大隊(duì)伍，在這條探索的道路上他們不斷突破，不斷創(chuàng)新。雖然當(dāng)時(shí)世界上沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)出這種鋼索。但歷時(shí)一年半的探索，科研人員終于完成了技術(shù)攻關(guān)。鋼索的研發(fā)成功促進(jìn)了12項(xiàng)自主創(chuàng)新專利成果的形成，世界跨度最大，精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在FAST工程上得以成功運(yùn)用。
南仁東表示：“我不是一個(gè)戰(zhàn)略大師，我是一個(gè)戰(zhàn)術(shù)性的老工人。”
天眼施工，涉及到六大系統(tǒng)，方方面面的事務(wù)紛繁復(fù)雜。南仁東事無(wú)巨細(xì)地把控著現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工細(xì)節(jié)提出了嚴(yán)苛的要求。天眼的四周有一圈石頭砌的墻，承擔(dān)天眼建設(shè)的中建二局的工程技術(shù)人員，在石墻上安裝天眼的環(huán)形橋架時(shí)，深深感受到了南仁東的嚴(yán)謹(jǐn)。
中建二局FAST項(xiàng)目經(jīng)理王培全表示：“石墻壘起來(lái)有一個(gè)縫，這樣它是不規(guī)則的，有部分的膨脹螺絲有打在石頭上，有打在縫里的，將來(lái)我們的橋架安裝的時(shí)候，一連就是整體的，這個(gè)橋架問(wèn)題是不大。但是南老師當(dāng)時(shí)說(shuō)你這不行，必須要給我返工。我當(dāng)時(shí)心里是很抵觸的，因?yàn)楫吘刮疫@么搭起來(lái)的，前面做的支架和現(xiàn)場(chǎng)做工效要減一半，比如說(shuō)以前是一天能做十個(gè)，現(xiàn)在一天只能做五個(gè)。”
在南仁東的堅(jiān)持下，施工方只好花費(fèi)更多時(shí)間，對(duì)橋架進(jìn)行返工。新建的橋架更加牢固，也讓施工方對(duì)南仁東更加佩服。
在這位老工人20多年的漫長(zhǎng)守護(hù)下，2016年7月3日，全球的目光都聚焦在貴州平塘縣的大山里。人類歷史上最大的射電望遠(yuǎn)鏡FAST，完成了最后一塊反射面板的吊裝。
早上10:47分，重460公斤的最后一塊反射面單元被緩緩吊起。從塔吊到轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)車，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)車再將反射面單元轉(zhuǎn)交給纜索吊，反射面單元要在空中完成兩次接力，在工人們緊密配合下，最后一塊反射面單元穩(wěn)穩(wěn)地吊送到安裝點(diǎn)。
FAST工程網(wǎng)絡(luò)工程師楊清亮表示：“現(xiàn)在我們?cè)谕h(yuǎn)鏡底部，看到的反射面它實(shí)際上浮在半空中的，因?yàn)槊繅K反射面板大約50平方米，所以當(dāng)時(shí)我們其實(shí)想過(guò)很多的吊裝方案，甚至包括熱氣球的吊裝，像這種大跨度高精度的吊裝方案，在全球來(lái)說(shuō)，也是沒(méi)有先例可循的。”
安裝完反射面板，調(diào)試饋源艙的工作被擺上臺(tái)面。FAST要接受來(lái)自宇宙的電波，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)不僅依靠巨大的反射面，還需要一個(gè)靈敏的核心部件就是饋源倉(cāng)。
如果說(shuō)FAST是觀天巨眼，那饋源艙就是它的瞳孔。姜鵬將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行天眼落成后最重要的饋源艙調(diào)試任務(wù)。用六根鋼索拉起饋源艙，將重達(dá)30噸的艙體，在高空精準(zhǔn)定位，誤差不超過(guò)10毫米，這樣的工程難度世界上前所未有。
FAST工程調(diào)試核心組組長(zhǎng)姜鵬表示：“因?yàn)檫@個(gè)設(shè)備是從來(lái)沒(méi)有人干過(guò)的，這么做過(guò)的事情，它也沒(méi)有什么可參考的經(jīng)驗(yàn)，在你真正實(shí)現(xiàn)前，也沒(méi)有人敢給你這個(gè)答案。”
艙索聯(lián)動(dòng)，饋源艙終于實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)高精度定位。
姜鵬表示：“有很多當(dāng)時(shí)覺(jué)得不可能實(shí)現(xiàn)的東西，正一步步在實(shí)現(xiàn)，我覺(jué)得這個(gè)是蠻有自豪感的。”
作為強(qiáng)大的探測(cè)無(wú)線電波工具，F(xiàn)AST建成后主要目標(biāo)之一就是探測(cè)脈沖星，射電望遠(yuǎn)鏡誕生至今，人類發(fā)現(xiàn)約2500顆脈沖星全部位于銀河系內(nèi)，而中國(guó)大射電望遠(yuǎn)鏡希望依靠其超群的靈敏度，搜尋銀河外星系的脈沖星，從中遴選出脈沖信號(hào)穩(wěn)定的毫秒級(jí)脈沖星，應(yīng)用于空間飛行器導(dǎo)航領(lǐng)域。
此外，外星文明是否真的存在，宇宙還有哪些巨大的奧秘不為人知，種種的科學(xué)幻想FAST都將努力去探尋答案。
中科院國(guó)家天文臺(tái)副研究員錢磊表示：“FAST最終目標(biāo)是尋找宇宙的規(guī)律，就是天體的運(yùn)行規(guī)律以及天體形成演化的規(guī)律。從原理上來(lái)說(shuō)，如果存在外星文明的話，它發(fā)出的通信訊號(hào)的話在我們看起來(lái)應(yīng)該很類似于脈沖星到達(dá)我們的時(shí)候接收到的信號(hào)。”
合抱之木，生于毫末;九層之臺(tái)，起于累土。舉一國(guó)之力，為未來(lái)打下堅(jiān)實(shí)的根基，這是中國(guó)獨(dú)有的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。
原國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)鄭曉年表示：“這種有創(chuàng)新的東西，反映一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，我一直在說(shuō)，F(xiàn)AST只有中國(guó)人能建成，因?yàn)槲覀兛梢耘e國(guó)體制辦大事情。”
在無(wú)數(shù)工作者辛勞的付出下，2016年9月25日，F(xiàn)AST工程整體竣工?？稍谧罱K的成功來(lái)臨之前，天眼之父南仁東卻累壞了身體，被診斷為肺癌晚期。
中建二局FAST項(xiàng)目經(jīng)理王培全表示：“2014年的時(shí)候，南老師那個(gè)時(shí)候精神還蠻好的，經(jīng)常在山峰上看我們的布置的管道，鋪的電纜。包括老人家歲數(shù)大了我們的扶他還不行，我可以自己走的，聲音很洪亮的，精神狀態(tài)也很好，干勁很足。但是到了2016年，再見(jiàn)到他的時(shí)候，那個(gè)時(shí)候感覺(jué)他就是聲音比較沙啞了，沒(méi)有以前那種精氣神。”
作為FAST的總工程師兼首席科學(xué)家，南仁東將全身心傾注于超級(jí)天眼中。即便身患重病，仍然屢屢堅(jiān)持到現(xiàn)場(chǎng)查看施工情況。
FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東表示：“這個(gè)東西有一點(diǎn)瑕疵，我們對(duì)不起國(guó)家，對(duì)不起人民。”
南仁東為FAST的誕生奉獻(xiàn)了自己的全部力量。在FAST的新起點(diǎn)上，更多的科研工作者們延續(xù)著南仁東的足跡，在探索宇宙與未來(lái)的征途上砥礪前行。
半小時(shí)觀察：強(qiáng)化基礎(chǔ)科學(xué)研究 助力創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)
十九大報(bào)告提出，要加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究成果，看似實(shí)用價(jià)值不大，但殊不知，就如同萬(wàn)有引力定律、相對(duì)論一樣，許多基礎(chǔ)科學(xué)研究成果將顛覆人類對(duì)自然的已有認(rèn)知，改變、推動(dòng)人類社會(huì)前行的腳步。
天文學(xué)是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)科學(xué)和前沿科學(xué)，是科技進(jìn)步的基石。作為由中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)、研發(fā)制造、組織施工的大科學(xué)裝置，F(xiàn)AST的綜合設(shè)計(jì)、建造體現(xiàn)了我國(guó)強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力。它的落成啟用，對(duì)我國(guó)在科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展具有重要意義。
