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FAST:22年架起天文摇篮
发布时间:2016-07-20 来源:中国科学报 倪思洁 【字号:  

  编者按

  科技是国之利器,大科学装置无疑是利器的锋刃,是当之无愧的国之重器。在习近平总书记视察中科院三周年之际,《中国科学报》从“国之重器”的视角切入,选取一批具有代表性的大科学装置进行集中展示,并希望藉此从一个剖面反映中科院“率先行动”计划推进的新近成果。

  贵州省黔南布依族苗族自治州坐落着一个原本不知名的小村落——平塘县克度镇。时间的齿轮在这里悄无声息地转动,年复一年。

  在酒店老板老邓的印象中,从2011年开始,这里突然来了一大群模样斯文的陌生人,于是,时间齿轮仿佛“快进”了一般,小镇开始发生翻天覆地的变化。

  后来老邓知道了,在距离这里5公里的地方,被称为“天眼”的望远镜工程正在建设中。克度镇成了电磁波宁静区保护范围核心区的边缘,也成了去“天眼”的必经之路。

  “天眼”全称“500米口径球面射电望远镜”(FAST)。随着其逐渐建成,前来克度镇的人越来越多,老邓酒店的生意日渐红火起来。

  7月3日,“天眼”装上了最后一块面板,前来报道的媒体记者,把老邓的酒店住了个满当。这时老邓才听说,原来“天眼”的诞生一共经历了22年。

  开工前的那些日子

  FAST工程总工艺师王启明就是老邓眼中“模样斯文”的陌生人之一。为了完成该工程,王启明从39岁干到55岁,把人生中最有精力的16年献给了“天眼”。

  7月3日,“天眼”的最后一块反射面单元装上了,王启明终于可以稍稍松口气。

  2000年,王启明加入FAST。早在那之前的6年,项目预研就已启动。

  科学家发现,近40年来,涉及天文学的诺奖获奖成果中,一多半直接或主要通过射电天文手段取得。射电天文学,已经成为孕育重大天文发现的摇篮。

  1994年4月,中科院国家天文台开始预研究。他们坚信,有好的望远镜,人类就能看得更远,发现新现象和新天体的机会就更多。

  不过,在王启明印象中,起初的那些年是“看不到光的日子”。

  “那段日子过得最艰辛。”王启明告诉《中国科学报》记者,最初参与预研的只有五六个人,为了最终能立项,大家拼尽全力。

  预研起步后第13年,“光”出现了。2007年7月10日,FAST项目脱颖而出,正式立项。

  可是,王启明的压力并没有减小。“立项之后的累与之前不一样。立项后,我们要做科研实验,开展初步设计,抓紧时间推动项目开工,这种状态持续了4年。”王启明回忆。

  可行性研究报告获批复,工程奠基典礼举行,项目初步设计及概算获批复……立项后的4年,紧锣密鼓,喜讯频来。2011年3月25日,FAST工程正式开工建设,工期预计5年半。

  2011年起的2011天

  从正式开工的日子算,“天眼”工期一共是2011天。建设这个世界最大单口径望远镜,2011天并不宽裕。FAST工程常务副经理、国家天文台副台长郑晓年和王启明等人几乎都过上了北京、贵州“两点一线”的日子。

  挖台址,治理边坡,用了9个月;安装圈梁,用了17个月。到2014年9月,圈梁拼成的直径500米大钢圈,形成了“天眼”最初的轮廓。

  2014年7月17日,FAST开始制造和安装索网,这是FAST工程的一大技术难点。“FAST索网是世界上跨度最大、精度最高的索网结构,也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。”郑晓年告诉《中国科学报》记者。

  7个月后,一个巨大的网兜带着优美的弧线,整齐地在山沟里撑开。6670根主索和2225根下拉索完整地拼出了“天眼”的索网,很快索驱动工程相继完工。

  索网建成,反射面安装工程随之开始。“反射面是FAST望远镜的重要组成部分,共有4450块的反射面板单元,包括4273块基本类型和177块特殊类型。”郑晓年介绍。

  今年7月3日,反射面安装完毕,“天眼”全貌正式展现在人们面前。

  “最初,我们一天只能装3块面板,慢慢地可以装10块左右,现在,我们最多一天能装37块。”望着发着银白色光而又半透明的“天眼”,王启明心中生出一种自豪感。

  在王启明的指导下,项目人员赶了11个月的工期。近30个足球场面积的反射面按时铺设完成,至此,FAST工程主体顺利完工。

  如今,离FAST最后竣工还有两个多月。郑晓年告诉记者,接下来的日子里,“天眼”的配套设施和软件调试工作仍将继续。

  谱一曲宇宙之歌

  国家天文台射电部首席科学家李菂是个热爱生活的人。FAST工程的艰苦,丝毫没有影响到他对生活和科学的热情。最近,他做了件有趣的事——为宇宙谱曲。

  不久前,李菂和他的博士生等利用澳大利亚Parkes望远镜的长期监测数据,在杜鹃座47球状星团找到了两颗新的毫秒脉冲星。为了有更直观的感受,他们邀请音乐人将观测的脉冲星信号振幅做成了一段38秒的音乐。

  “我们正在建设的FAST望远镜将通过漂移巡天,大范围搜索天空中的脉冲星,预期还将发现数以千计的脉冲星。那时,我们才有动力再搞这些(谱曲)。”李菂在微信聊天中给记者发了个笑脸。

  按照计划,FAST工程有着丰富的科学目标:巡视宇宙中的中性氢,研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化;观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;探测星际分子;搜索可能的星际通讯信号。

  FAST灵敏的探测能力,为这些科学目标的实现打下了基础。“假设你在月球上打电话,FAST可以探测到你的信号。”郑晓年笑着说。

  不过,在FAST正式开始科学应用之前,李菂等科学家的一项任务是培养人才。他们利用国外望远镜数据开展研究,将年轻学者送到国际科研机构学习磨炼,为FAST的科学应用储备更多优秀科研人才。

  如今,李菂等科学家对FAST满心期待,他们期待着恢弘的FAST顺利竣工验收,也期待着这个世界级的工程能帮助他们捕捉到更多来自宇宙的讯息。

  记者手记

“射电精神”引领自主创新

  一进入六七月,贵州的山区就迎来了多雨的季节,凉爽湿润的空气里,混杂着泥土的芬芳和炊烟的气息。如今,“天眼”周边的小镇,国际化的气息越来越浓,不少酒店里挂上了显示着伦敦、巴黎时间的时钟。不过,最让记者印象深刻的,还是在克度镇偶遇的“发扬射电精神”的横幅。

  这条横幅,或许是当地居民总结出来的精神,无论表述是否严谨,都显示出FAST工程对当地发展的深刻影响。

  射电精神,是22年如一日的执着精神。从1994年启动预研至今,不少科学家为了FAST奉献出一生中最好的年华,在这块再普通不过的窝凼开辟出一条条水泥路,打造出建造世界最大的单口径射电望远镜。

  射电精神,是开拓人类知识的探索精神。科学家们、工程师们脚踏泥泞的土地,仰望璀璨的星空,只为揭开太空的奥秘,探索人类在浩瀚宇宙中究竟处于何地。

  射电精神,更是争创世界一流的率先精神。2013年7月17日,习近平总书记视察中科院时提出“四个率先”的要求。FAST的研制和建设,将这种“率先”精神发挥到极致。

  在射电精神的指引下,我国自主创新能力得到体现,天线制造技术、微波电子技术、并联机器人等高科技领域得到发展;一批批新生代科学家奋起直追,将我国射电天文学带向世界一流水平;日地环境研究、搜寻地外文明、国防建设和国家安全等国家重大需求将得到巨大满足;西部区域经济萌发出繁荣发展的力量。

  执着率先,面向未来。“天眼”诞生,为中国天文领先国际一流奠定基础,为未来人类认识宇宙拓宽视界。而由此延伸出的射电精神,属于科技发展的历史,也必将融入科研探索的未来。

  (原载于《中国科学报》 2016-07-20 第1版 要闻)

(责任编辑:侯茜)
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