世界最大!亲历者揭秘“中国天眼”是这样诞生的

科技 2021-12-13 23:04:52
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2016年9月25日,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,成为我国重大科学基础设施工程建设史上的一座里程碑,在全球大型射电望远镜的建造史上创造了新纪录。

2020年1月11日,被誉为“中国天眼”的FAST通过国家验收,正式开放运行。这台500米口径球面射电望远镜,世界最大、灵敏度最高,能收到100多亿光年以外的电磁信号。运行将近一年间,通过FAST新发现的脉冲星超过240颗,大大提高了人类的“视野”。

2020年12月,位于美国的阿雷西博射电望远镜突然坍塌,离开历史舞台。“失去阿雷西博,现在我们只有一只眼睛了。”全球天文学家不约而同将目光转向了“中国天眼”FAST。

2021年初,中国方面宣布,FAST将于2021年4月1日起正式对全球科学界开放,预计第一年分配给国外科学家的观测时间约占10%。中国“天眼”成为世界“巨眼”,令全世界科学家振奋。

FAST建设历时5年半工期,总造价高达11.5亿元人民币。而它的建造,始于20世纪90年代一个神奇而大胆的梦想。近日由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》一书中,FAST工程项目核心成员、中国科学院FAST重点实验室主任彭勃以全程亲历者的视角,通过300张珍贵图片和大量一手资料,还原了“中国天眼”的诞生历程。

为什么要建“天眼工程”?

1993年在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,形成一个共识,即建造接收面积达一平方公里的大射电望远镜阵,深入研究宇宙起源、微波背景辐射、红移等问题。这个计划体现了科学家的想象力,同时具有很大风险,是个投资巨大、技术复杂、没有广泛国际合作就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科学家商议,在中国建造世界第一面500米口径大射电望远镜。

当时,国内射电望远镜的最大口径仅为25米。建造FAST的大胆设想提出后,得到国家有关部门的积极响应。1995年底,射电“大望远镜”中国推进委员会成立。以王绶琯、南仁东、彭勃等为代表的老中青科学家,凭着强烈的科学家良知与责任感投入艰苦工作。

FAST英文全称为“Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope”,汉语即“500米口径球面射电望远镜”。为什么是500米?

1997年初,课题组逐步细化“天眼”主要性能指标,包括观测频段和口径。

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。

经过精密计算,“天眼”有效口径如果要达到300米,整体口径就要达到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。考虑造价等种种因素,最终立项建议书明确:FAST口径500米。

3月28日拍摄的“中国天眼”全景(维护保养期间拍摄,无人机照片) 新华社记者 欧东衢 摄

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?

实际情况是,经过无数研究和调查,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?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,中科院遥感所的地学专家们在贵州进行了长期、艰苦的喀斯特洼地台址踏勘和地质地理学综合调查,以航空照片和地形图为基础,找到多个适合建造直径300米至500米大射电望远镜的候选洼地。

1995年底,近400个候选洼地的地形地貌形态基本数据库形成,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、峰顶海拔等数据都被记录在案。十多年来,选址工作人员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、洪涝等气候情况。最终,台址的选择是在考虑自然地理、地貌发育控制因素、洼地形态特征、选区水文地质、工程地质、资源环境及电磁宁静情况等诸多方面后,进行多学科综合评价后决定的。

FAST是贵州的、中国的,最终是人类的。贵州省人民政府原副秘书长何崇远说:“花点时间读《天眼工程》,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。”

栏目主编:施晨露 文字编辑:施晨露 题图来源:新华社记者 欧东衢 摄

来源:上观

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