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触摸人类梦想,科技“铁军”用青春和生命打造“中国天眼”

时间:2021-12-14 14:02:32 来源:未知 点击:次


触摸人类梦想,科技“铁军”用青春和生命打造“中国天眼”

2016年,全球最大的500米口径球面射电望远镜(FAST)在中国贵州一处偏远的大山深壑竣工,标志着中国正成为射电科学强国。“中国天眼”FAST(500米口径球面射电望远镜)的建成,是国家重大科学基础设施工程建设史上的一座里程碑,它标志着中国创新设计能力、自主制造能力、综合经济实力的显著提升,在全球大型射电望远镜的建造史上创造了新的纪录。

近日,上海科技教育出版社出版的《天眼工程——大射电望远镜FAST追梦实录》中,FAST工程项目核心成员、中国科学院FAST重点实验室主任彭勃研究员,以亲历者的视角,用通俗的语言、300张珍贵图片和大量一手资料,真实记录了“中国天眼”的诞生历程。

FAST凝聚了我国老中青三代科技精英的心血。他们本可以拥有比当下更高的报酬、更舒适的生活、更显赫的名声……然而,他们从开始的披荆斩棘到现在默默坚守在人迹罕至的偏僻山凹大窝凼,毫不动摇。“花点时间读《天眼工程》,我相信读者会被FAST人彰显的精神风貌所触动而引发思考,不断在科学及社会经济发展的崎岖山路上不畏艰险地攀登,去达到一个又一个光辉的顶点。”贵州省人民政府原副秘书长何崇远说。

在国内,从中央、国家有关部委,到最基层的农民百姓,凡涉及者无不迸发出极大的热情,全力支持FAST。尤其是与项目直接关联的高校、国家机关、企业、部队乃至基层组织,形成了紧密的联动机制,构成了集合智力、人力、财力、物力等的综合奋战平台。

触摸人类梦想,科技“铁军”用青春和生命打造“中国天眼”

过去的25年,不,其实更长的岁月里,遍布全球的知名射电科学家和与之相关的有识之士,连续不断地被吸引参与FAST的论证、研究和建设。他们中不乏诺贝尔奖获得者,有的从始至今一直以各种方式与FAST人共同工作,在FAST的研制和运行中发挥了重要作用。FAST人自始至终,都在国际和国内两个范畴进行你中有我、我中有你、不分我你的研究攻坚,书写了史无前例的科学传奇。

为什么要建设“天眼工程”?

FAST的建造, 始于20世纪90年代一个神奇而大胆的梦想。1993年于日本京都召开的国际无线电科学联合会(URSI)大会期间,来自10个国家的天文学家经过研讨形成共识,即建造接收面积达一平方公里的大射电望远镜阵,以深入研究宇宙起源、微波背景辐射、红移等问题,使人类对浩瀚宇宙及其奥秘有更多了解。这个计划计划体现了科学家的想象力,同时具有很大的风险,是个投资巨大、技术复杂、没有广泛国际合作难以实现的大科学工程。

当时,中国天文学家吴盛殷参加了此次会议,回国后便与南仁东等动议在中国建造世界第一面500米口径大射电望远镜。20世纪八九十年代,我国社会经济发展水平还很落后,进行高科技研发的条件十分有限。那时,国内射电望远镜的最大口径仅为25米,这一动议,无疑像不可触摸的梦想。

触摸人类梦想,科技“铁军”用青春和生命打造“中国天眼”

然而,大射电天文探测科学却硬是在看似无条件的窘况下开启了我国的“零”始之举。建造FAST的大胆设想提出后,得到了国家有关部门的积极响应,1995年成立了大射电望远镜LT中国推进委员会。以王绶琯、南仁东、彭勃等为代表的一支老中青科学“铁军”,凭着强烈的科学家良知与责任感,遵循科学规律,从理论研究到每项实验,把高深的射电天文理论丝丝入扣地融入一次次周而复始的实验运行。他们对解答每一个科学理论问题的一丝不苟,对每一次科学实验的精益求精,生动地书写了大射电人严谨、笃实的科学精神。

口径为什么选定500米?

1997年初,LT课题组连续几次周会,逐步细化了“天眼”的主要性能指标,包括观测频段和口径。那么口径多大合适呢?

当时,世界最大射电望远镜单口径是美国阿雷西博望远镜,口径大约305米,照明口径约200米,最大天顶角约20°。“天眼”应与其整体性能相当甚至更高,才具有吸引力,也才可能获得国家立项。天文学上要有新发现,首先望远镜灵敏度应尽量高,也就是天线接收面积要尽量大。显然,望远镜有效口径要大到使灵敏度提升一倍,科学上才会有较大收益。20年甚至更久难以被其他新望远镜赶超,才有望产生好成果和大成果。

王绶琯院士提出,“天眼”要比阿雷西博射电望远镜观测天区范围大,看更广袤的宇宙。经过精密的计算,“天眼”有效口径如果要达到300 米,整体口径就要到519米,才能有30°天顶角。如果继续扩大到40°天顶角,先导望远镜口径就要560米。就这样,虽然大窝凼洼地可安置更大口径的望远镜,但造价所限,最终立项建议书明确: FAST口径500米。

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为什么选址贵州平塘?

经常会有人问,大射电望远镜台址为什么会选在贵州?为什么会选中平塘县的洼地?

简短答复就是:因为贵州感情留人,平塘洼地千里挑一。而实际情况则是经过无数的研究和调查,无数次跋涉在荒无人烟的崇山峻岭才确定了这一选址。

为什么会选择喀斯特地貌呢?因为喀斯特是地质发育岩性“丘陵”状地貌,因水而成,但不积存水,是自然界的“抽水马桶”。为降低大型球反射面望远镜的建造成本,需要利用天然喀斯特洼地群作为台址。1994年起,遥感所的地学专家,在贵州进行了长期、艰苦的喀斯特洼地台址踏勘和地质地理学综合调查。他们航空照片和地形图为基础,找到大量适合建造直径300-500米的大射电望远镜候选洼地。

1995年底,建立了近400个候选洼地的地形地貌形态基本数据库。每个洼地的长轴方位、长短轴比、洼地深度、环绕峰数、直径、地理坐标、峰顶海拔,都记录在案。然后,研究了重点洼地的数字地形图。还对洼地与FAST球面之间的土木工程、馈源支撑塔分布等进行了初步分析。选址还对候选区电磁波环境、气象、地震、资源环境、工程地质与水文地质及社会发展状况等进行了分析评价,对周围水系进行了初探。

十多年来,选址工作人员们跋涉在贵州的绿水青山之间。考察最近居民点规模、周围植被状况、洼地耕地等,还向候选洼地附近村寨的农民打听雨雪、冰雹、雷电、洪涝等小气候情况,以这些民间信息作为参考。所以,台址的选择,是考虑了自然地理、地貌发育控制因素、洼地形态特征、选区水文地质、工程地质、资源环境以及电磁宁静情况等诸多方面,进行的多学科的综合评价。

触摸人类梦想,科技“铁军”用青春和生命打造“中国天眼”

建成后的FAST,在理论上具有可探索上百亿光年之外宇宙深空的能力,将为我国乃至世界天文与科学界开展宇宙起源及演化、寻找地外文明、观测脉冲星、宇宙微波背景巡视等科学研究提供装备支撑,在未来国际天文探测中发挥巨大作用;同时,也为我国高端电子装备的自主研制、智能制造提供了示范,将进一步增强我们迈向制造强国的决心和信心。

FAST是贵州的、中国的,最终是人类的。

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