這是一封來自FAST的邀請函!以天眼為名 望向浩渺星際

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圖說:中國天眼今起正式對全球開放 新華社記者 歐東衢 攝(下同)

你是否聆聽過來自宇宙深處的聲音?距離地球1。6萬光年的脈衝星訊號裡,又隱藏著怎樣的秘密?在科技的加持下,人類對宇宙的探索從未停步。去年年初,歷時22年建造而成的中國天眼FAST透過國家驗收,正式投入執行,成為全球最大且最靈敏的射電望遠鏡。就在北京時間今天零時,本著開放天空的原則,中國天眼向全世界天文學家發出邀約,徵集觀測申請,所有國外申請專案統一參加評審,評審結果將於7月20日公佈,觀測時間將從8月開始。

中國天眼能夠接收到100多億光年以外的電磁訊號。自透過國家驗收啟動執行以來,這顆凝望蒼穹的巨大“眼睛”,已經“找到”了300顆脈衝星,並在快速射電暴等研究領域取得重大突破。

夢想與實幹

中國天眼有多大?它的總面積相當於30個標準足球場,如果把它盛滿水,夠全世界每個人分到4瓶水;中國天眼有多靈敏?它達到世界第二大射電望遠鏡的2。5倍以上。假設你在月球上打電話,它也可以探測到你的訊號。

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圖說:3月30日,中國天眼夜景(維護保養期間拍攝)

可,如果沒有他,FAST可能至今只可能存留在我們的幻想中,而被選中的那個大窩凼,仍舊是深處貴州平塘縣密林深處再普通不過的大土坑。居住在這兒的貧困農民,還過著面朝黃土背朝天的生活……

他叫南仁東,在深邃浩渺的宇宙中,有一顆以他名字命名的星星。2017年9月15日,72歲的南仁東永遠閉上了眼睛。如今,他的雕像佇立在貴州大窩凼,凝望遠方,與凝聚一生心血的中國天眼相伴,微微揚起的手似乎在告訴來者:“這裡有屬於科學的美麗風景。”

25米與350米,這是此前中國與美國擁有射電望遠鏡口徑的差距,而口徑的大小直接決定了能“看多遠”“聽多清”。不甘落後的南仁東提出一個大膽的設想:在祖國的土地上建造一個最大的單口徑射電望遠鏡。

二十二年,一件事。為“天眼”選址,南仁東用了12年,帶著團隊比選了1000多個窪地,實地走遍上百個窩凼,最終定下貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼。那會兒,貴州很多地方還無法通車,只能靠步行,他們每天最多隻能看一兩個窩凼。南仁東的學生動情地回憶:“幾十個大大小小的山寨,南老師去了;一些當地農民走著都費勁的山路,南老師去了;一些從未有人踏足的荒野,南老師也去了!”

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圖說:3月30日,工作人員在中國天眼索驅動機房內維護保養裝置

在施工現場,已不再年輕的他經常親力親為,爬山調查危巖、上鋼架擰螺絲、拿扁鏟削平鋼材……南仁東曾說:“FAST如果有一點瑕疵,我們對不起國家。一項關鍵技術突破不是我個人的成績,它是一大群人的拼搏和努力。”

中科院國家天文臺研究員陳學雷曾這樣寫道:“雖然南老師沒有能等到它產出科學成果的那一天,但我想他離去的時候心裡一定非常清楚,他畢生的事業已經成功了。”

工程到科學

人類凝望宇宙的“大眼睛”,曾有兩個,一個位於中國,一個位於地球另一側的波多黎各。2020年12月1日,波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡坍塌,已無修復可能。只剩躺在貴州大山深處的中國天眼,衝破天空的阻斷,看穿星辰的奧秘。

事實上,望遠鏡的發展歷史就是追求靈敏度的歷史。科學家一直想造更大口徑的望遠鏡,因為口徑越大,就意味著收光面積越大,有更強的能力探測闇弱訊號。中國天眼總工程師,國家天文臺研究員姜鵬解釋,一來能極大地擴充套件可觀測樣本的數量,其中就可能孕育著一些重要發現;二來可以觀測到更早期或更遙遠的宇宙現象,對研究宇宙演化歷史有很大的幫助。

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圖說:3月29日,夜幕下的中國天眼

2011年,FAST開始建設後,有位外國友人問了中國科學家一個問題:你知道500米有多大嗎?這當然不是問大小,而是善意提醒,建造FAST不一定如想象中那般順利——因為500米的望遠鏡從來沒有人做過。這句話很快被驗證——就在團隊如火如荼地開挖時,一個差點讓FAST毀於一旦的技術問題出現了:“索疲勞”。由於球面到拋物面變化是透過索網實現,所以要求鋼索能承受500兆帕應力,這相當於傳統規範的兩倍還要多。

說到十年前的“索網攻關”,姜鵬記憶猶新:“我們開展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,終於研製出超高耐疲勞鋼索,在200萬次迴圈載入條件下可達500兆帕應力幅,這在國際上尚無先例。”

從中國天眼落成啟用到透過驗收,又用了三年時間。正是這三年,FAST一刻不停除錯和試觀測的目標和成果,完成了從世界最大到世界最靈敏的跨越。“實現望遠鏡的靈敏度,其實就看兩件事。一是能不能把拋物做得完美,拋物面越完美,平行的電磁波打到拋物面上就越能彙集到點上;二是能否把接收機放到焦點的位置上,離焦點越近,收集的訊號就越強。”姜鵬說。

在中國天眼的驗收會上,國家發改委高技術司副司長沈竹林宣佈FAST各項指標均達到或優於批覆的驗收指標,主要效能指標達到國際領先水平,具備了開放執行條件。姜鵬認為,透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。“如果FAST能有一些重要的科學發現,希望大家還能記住這個100號人左右的團隊,用了20多年的青春,最後鑄就了大國利器。”

收穫與未來

中國曾是世界上天文記錄最久遠、最完整的國家。然而近代以來,中國天文學跟其他科學技術一樣,落後於率先完成工業革命的西方國家。在上世紀,老一輩天文學家只能尋求與國外合作,而借用別人的望遠鏡,意味著多數只能做一些邊緣課題。

? ? ? ?所謂“工欲善其事,必先利其器”,人類的科學發現與技術創新越來越離不開強大的科研儀器。尤其是大科學裝置,和創新思維共同構成了現代科學技術突破的必要條件。過去我國缺少大望遠鏡裝置,天文學家只能在某些領域從理論方面深挖;有了中國天眼,科學家們就可以從觀測角度做出更多原創的、世界領先的成果。

被寄予厚望的“中國天眼”不負所托,在除錯階段就係統發現新脈衝星,截至目前,共發現300多顆脈衝星,成為國際矚目的宇宙觀測“利器”。就在前不久,國家天文臺科研團隊在FAST海量資料中搜尋出三例新的高色散快速射電暴。模型研究表明,FAST探測的快速射電暴樣本可以延展到約接近宇宙早期。

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圖說:3月31日,FAST工程師展示提交觀測申請的登入頁面

中科院國家天文臺研究員、中國天眼首席科學家李菂介紹,FAST在很多領域具備超強“發現力”:發現氣體星系的數量有望在過去的基礎上提高10倍,發現的脈衝星數量有望翻倍,有望發現新的星際分子……這使它可以驗證很多科學規律,在引力理論,星系演化,恆星、行星乃至物質和生命的起源等方面,都具備突破的潛力。此外,搜尋星際通訊訊號,也就是我們理解的探尋“地外文明”,同樣是中國天眼的科學目標之一。

“無論是阿雷西博已取得的成就,還是FAST剛開始的努力,都代表著我們這顆行星絢爛的希望。”李菂說。天眼面向全球科學界開放後,外國科學家可以獨立或以首席專家身份主導一些研究專案,有潛力的探索性專案也會得到支援,在望遠鏡時間分配上會有更激烈的競爭。

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圖說:中國天眼全景

中國科學院國家天文臺有關負責人表示,天眼開放彰顯了中國與國際科學界充分合作的理念。在開放合作中,中國的科學重器將更好地發揮效能,促進重大成果產出,為全人類探索和認識宇宙作出貢獻。

新民晚報特派記者?郜陽

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