▲2022年7月24日拍攝的“中國(guó)天眼”夜景(維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝，無人機(jī)光繪)。新華社記者 歐東衢攝
國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》近期發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)——通過“中國(guó)天眼”FAST的觀測(cè)，一顆原本被認(rèn)為“熄滅”的脈沖星，仍然可以探測(cè)到極其微弱的窄脈沖。這是“中國(guó)天眼”探測(cè)到的脈沖星輻射新形態(tài)，對(duì)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(guó)天眼”FAST“入職”以來，發(fā)現(xiàn)的800余顆脈沖星中的一顆，這些重要發(fā)現(xiàn)為人類研究宇宙提供了很多有利的數(shù)據(jù)幫助。
從古人發(fā)出的“日月安屬?列星安陳?”的《天問》，到如今借助全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，將人類“視界”延伸到百億光年之外。從選址、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)營(yíng)，“中國(guó)天眼”建設(shè)運(yùn)維過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不在運(yùn)用中國(guó)智慧和中國(guó)制造，在人類極目宇宙的道路上貢獻(xiàn)著力量。
▲這是一張拼版照片：依次為“中國(guó)天眼”拼裝第一塊反射面板(左上，2015年8月攝)、“中國(guó)天眼”反射面板安裝近半(右上，2015年12月攝)、“中國(guó)天眼”反射面板安裝近八成(左下，2016年3月攝)、維護(hù)保養(yǎng)期間的“中國(guó)天眼”(右下，2022年7月攝)(無人機(jī)照片)。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(jì)90年代，“中國(guó)天眼”設(shè)想提出時(shí)，大膽到有些突兀。
當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑不到30米，德國(guó)的埃菲爾斯伯格望遠(yuǎn)鏡口徑100米的世界紀(jì)錄已保持多年，而“中國(guó)天眼”的目標(biāo)是500米。
中國(guó)曾是世界上天文記錄最久遠(yuǎn)、最完整的國(guó)家。在超過3000年的時(shí)間里，華夏文明連續(xù)不斷地記錄著各種天文現(xiàn)象，中國(guó)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，中國(guó)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(guó)家。即便在上世紀(jì)，老一輩天文學(xué)家也只能尋求與國(guó)外合作，相當(dāng)于借用別人的望遠(yuǎn)鏡，大多只能做一些邊緣課題。
FAST的理想建造地對(duì)地形、地質(zhì)、水文等都有著極高要求，為了給望遠(yuǎn)鏡找個(gè)最合適的“家”，當(dāng)時(shí)年近50歲的南仁東帶著團(tuán)隊(duì)與300多幅衛(wèi)星遙感圖，風(fēng)餐露宿地奔走于貴州大山深處。
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)工開建，2016年9月落成啟用，橫空出世的“中國(guó)天眼”刷新了世人對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的認(rèn)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1萬多噸鋼材;反射面板總面積25萬平方米，相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，用掉2000多噸鋁合金;如果將“中國(guó)天眼”裝滿水，全世界每人可以分到2升……
“中國(guó)天眼”落成啟用當(dāng)日，71歲的南仁東站在“中國(guó)天眼”的圈梁上對(duì)記者深情地說：“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(xiàn)了奮斗一生的夢(mèng)想——建一臺(tái)世界最大最強(qiáng)的射電望遠(yuǎn)鏡?，F(xiàn)在，“中國(guó)天眼”已成為全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，極大拓展了人類觀察宇宙視野的極限。
▲2022年7月22日，工作人員對(duì)“中國(guó)天眼”的反射面板進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)(維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝)。新華社記者 歐東衢攝
反復(fù)試驗(yàn)、多次失敗、越挫越勇
獨(dú)一無二的科學(xué)工程，沒有經(jīng)驗(yàn)可循，注定會(huì)面臨史無前例的挑戰(zhàn)。
反射面板如“中國(guó)天眼”的“視網(wǎng)膜”，索網(wǎng)則是支撐“視網(wǎng)膜”的“神經(jīng)系統(tǒng)”。“中國(guó)天眼”反射面板雖只有1毫米厚，也要使用2000多噸鋁合金，其索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，對(duì)抗疲勞性能的要求極高，現(xiàn)有鋼索都難堪重任。
FAST運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬帶著一幫青年人，用整整兩年時(shí)間，進(jìn)行了大規(guī)模的索疲勞試驗(yàn)。近百次失敗，從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關(guān)鍵，終于攻克超高強(qiáng)度、抗反復(fù)拉伸的鋼索，首創(chuàng)主動(dòng)變形反射面，使望遠(yuǎn)鏡覆蓋40度天頂角，成功支撐起“中國(guó)天眼”的“視網(wǎng)膜”。
“沒人告訴你可以怎么做，誰也沒有把握自己的方法一定行。”姜鵬告訴記者，“反復(fù)試驗(yàn)、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關(guān)幾乎貫穿了FAST建設(shè)階段的每一個(gè)環(huán)節(jié)。
僅在建設(shè)階段，“中國(guó)天眼”就獲得了鋼結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、機(jī)械工業(yè)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、測(cè)繪地理信息技術(shù)、電磁兼容研發(fā)、建設(shè)工程等10余個(gè)領(lǐng)域的國(guó)家大獎(jiǎng)。
在調(diào)試階段，“中國(guó)天眼”又碰到難題。“‘積木’搭好了，但望遠(yuǎn)鏡不能按照總控的指令高效運(yùn)行。”FAST運(yùn)行和發(fā)展中心測(cè)控部主任孫京海說，“簡(jiǎn)單的修復(fù)解決不了問題，控制系統(tǒng)必須推倒重建。”
為了盡快開發(fā)出新的控制系統(tǒng)，孫京海無數(shù)次挑燈夜戰(zhàn)至東方既白，幾乎重寫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(diào)試進(jìn)度耽誤在自己這里。最終，在正式測(cè)試時(shí)，一套為“中國(guó)天眼”量身定制的控制系統(tǒng)，所有指標(biāo)一次通過。
“中國(guó)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(guó)科學(xué)家們充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，在不斷“挑戰(zhàn)認(rèn)知和技術(shù)極限”、不斷“發(fā)現(xiàn)問題、解決問題”中優(yōu)化升級(jí)。
今年7月底，在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等10家單位共同努力下，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能機(jī)器人”重點(diǎn)專項(xiàng)“重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施FAST運(yùn)行維護(hù)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)”項(xiàng)目通過驗(yàn)收，極大提升了“中國(guó)天眼”運(yùn)維質(zhì)效，年觀測(cè)時(shí)間可增加1000小時(shí)左右。
▲7月26日，工作人員在調(diào)試饋源接收機(jī)拆裝機(jī)器人。新華社記者 歐東衢攝
不斷拓展人類觀天視野極限
發(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星、首次在射電波段觀測(cè)到黑洞“脈搏”、探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)……“中國(guó)天眼”成果頻出，不斷拓展人類觀測(cè)宇宙的視野極限。
快速射電暴(FRB)是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在1毫秒的時(shí)間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。
得益于“中國(guó)天眼”的超高靈敏度，中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B，對(duì)更好理解這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義。
國(guó)家天文臺(tái)研究員李柯伽所在的中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列(CPTA)研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”，探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。
“FAST的靈敏度讓中國(guó)天文學(xué)家站在了人類視野的最前沿。”李柯伽說，憑借“中國(guó)天眼”的優(yōu)良性能，CPTA研究團(tuán)隊(duì)以數(shù)據(jù)精度、脈沖星數(shù)量和數(shù)據(jù)處理算法上的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的差距，使我國(guó)納赫茲引力波探測(cè)和研究同步達(dá)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。”姜鵬說。
▲6月23日拍攝的“中國(guó)天眼”全景(維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝，無人機(jī)照片)。新華社記者 歐東衢攝
