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　　巡天探宇 觀測(cè)星空

　　“中國天眼”拓展人類觀天極限（奮進(jìn)強(qiáng)國路 闊步新征程·重大工程巡禮）

　　本報(bào)記者  吳月輝

　　貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼，崇山峻嶺之間，“中國天眼”仰望蒼穹，將人類“視界”延伸到百億光年之外。

　　2016年9月，在“中國天眼”落成啟用之際，習(xí)近平總書記發(fā)來賀信指出：“它的落成啟用，對(duì)我國在科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展具有重要意義”“高水平管理和運(yùn)行好這一重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”。

　　今年是“中國天眼”建成運(yùn)行8周年。8年多來，“中國天眼”團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)開拓進(jìn)取、勇攀高峰的精神，秉持團(tuán)結(jié)奮進(jìn)、協(xié)同攻關(guān)的作風(fēng)，創(chuàng)新不止，成果頻出，不斷拓展著人類觀天極限。

　　不斷拓展人類對(duì)宇宙的認(rèn)知邊界

　　巡天一瞥，不到5分鐘，“中國天眼”就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)處于軌道周期僅為53分鐘的雙星系統(tǒng)中的脈沖星——這是人類發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。

　　每一顆脈沖星都有其特殊脈沖及穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，它們相當(dāng)于宇宙中具備特有信號(hào)標(biāo)記的“燈塔”，可以為人類探索浩瀚宇宙提供“導(dǎo)航”。作為目前世界上靈敏度最高的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國天眼”自投入運(yùn)行以來，已發(fā)現(xiàn)的新脈沖星數(shù)量突破1000顆，超過同一時(shí)期國外其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量的總和。

　　“從人類發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星到‘中國天眼’發(fā)現(xiàn)首顆脈沖星的半個(gè)世紀(jì)，全世界發(fā)現(xiàn)的脈沖星不到3000顆。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、“中國天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心首席科學(xué)家朱煒瑋說，“我們正在拓展人類對(duì)宇宙的認(rèn)知邊界。”

　　近年來，“中國天眼”持續(xù)獲得重量級(jí)發(fā)現(xiàn)：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)、探測(cè)并構(gòu)建世界最大中性氫星系樣本……

　　中國科學(xué)院國家天文臺(tái)副臺(tái)長，“中國天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心主任、總工程師姜鵬說：“‘中國天眼’不僅為我們提供了探測(cè)宇宙深處的強(qiáng)大工具，而且在基礎(chǔ)科學(xué)研究中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。它幫助我們探索宇宙的起源、演化及其結(jié)構(gòu)，為理解宇宙中的前沿科學(xué)問題提供了重要觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。”

　　德國馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所天文學(xué)家勞拉·斯皮特勒預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)30年代，“中國天眼”將為人類研究超大質(zhì)量黑洞碰撞等天文學(xué)前沿研究積累大量數(shù)據(jù)。

　　“隨著運(yùn)維智能化水平的提升，‘中國天眼’的運(yùn)行效率將進(jìn)一步提高，這將幫助我們更快地積累更多觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們有信心取得更多重要發(fā)現(xiàn)。”姜鵬說。

　　凝結(jié)中國智慧和中國創(chuàng)造

　　巡天探宇，觀測(cè)星空。“中國天眼”創(chuàng)新探索不停。從選址、建設(shè)到調(diào)試、運(yùn)營，“中國天眼”每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一塊面板、每一個(gè)部件，都凝結(jié)著中國智慧和中國創(chuàng)造。

　　2011年3月，“中國天眼”正式開工建設(shè)。不同于世界上已有的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”——球形反射面，是一張由6670根鋼索編制的索網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的。要實(shí)現(xiàn)反射面變形，對(duì)抗疲勞性能的要求極高。

　　整整兩年，在“天眼之父”南仁東的指導(dǎo)下，姜鵬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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)拉伸的鋼索難題，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“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”。

　　讓“中國天眼”看得更遠(yuǎn)更清楚，調(diào)試工作至關(guān)重要。

　　“與傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡相比，‘中國天眼’系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，也更容易受設(shè)備故障的影響。”姜鵬說。為此，調(diào)試團(tuán)隊(duì)基于力學(xué)仿真系統(tǒng)研發(fā)了“中國天眼”反射面的安全實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了反射面的數(shù)字孿生，使“中國天眼”能夠全天候運(yùn)行工作。

　　“我們無須實(shí)時(shí)測(cè)量反射面面形，哪根促動(dòng)器壞了、哪個(gè)節(jié)點(diǎn)工作不正常，都能在安全評(píng)估系統(tǒng)軟件中顯示，并且模擬出對(duì)觀測(cè)的影響，一旦超出安全范圍就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)副研究員李輝說。

　　創(chuàng)新無捷徑，唯有勇攀登。在穩(wěn)定運(yùn)行和提升性能的同時(shí)，“中國天眼”的巡天效率還將實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的提升，為解決中國射電天文領(lǐng)域的核心技術(shù)問題作出更大貢獻(xiàn)。

　　為國際科學(xué)界提供重要平臺(tái)

　　低噪聲放大器是“中國天眼”接收機(jī)的核心零部件，此前都靠進(jìn)口。

　　為把關(guān)鍵技術(shù)掌握在自己手里，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)高級(jí)工程師柴曉明團(tuán)隊(duì)用時(shí)近兩年，自主研發(fā)出高性能的國產(chǎn)低噪聲放大器。今年9月，這款國產(chǎn)低噪聲放大器正式出口巴西，首次實(shí)現(xiàn)我國自主研發(fā)的射電望遠(yuǎn)鏡核心部件出口海外。

　　事實(shí)上，在建設(shè)階段，“中國天眼”就向全球工程界貢獻(xiàn)了大科學(xué)工程的中國經(jīng)驗(yàn)：6根鋼索控制的30噸饋源艙，可以在140米高空、206米的尺度范圍內(nèi)實(shí)時(shí)定位；超高耐疲勞鋼索在200萬次循環(huán)加載條件下可達(dá)500兆帕應(yīng)力幅，國際上尚無先例。

　　“中國天眼”也為國際科學(xué)界提供了一個(gè)重要平臺(tái)，促進(jìn)了國內(nèi)外科學(xué)家的交流與合作。

　　2021年3月31日，“中國天眼”正式對(duì)全球科學(xué)界開放。

　　“隨著開放，來自全球天文學(xué)家的項(xiàng)目申請(qǐng)書越來越多，‘中國天眼’的觀測(cè)任務(wù)也排得越來越滿。”從事觀測(cè)任務(wù)制定工作，“中國天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心測(cè)控工程師孫純對(duì)此感受深刻。

　　截至目前，“中國天眼”已幫助美國、荷蘭、澳大利亞等15個(gè)國家的研究團(tuán)隊(duì)開展觀測(cè)900余小時(shí)，涉及科學(xué)目標(biāo)漂移掃描巡天、中性氫星系巡天、銀河系偏振巡天、脈沖星測(cè)時(shí)、快速射電暴觀測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

　　英國天文學(xué)家拉夫爾·伊夫說，“中國天眼”持續(xù)向全球科學(xué)界開放，全世界的科學(xué)家都可以根據(jù)自己的研究計(jì)劃申請(qǐng)使用這一開創(chuàng)性的儀器，這意味著天文學(xué)家可以開展以前由于望遠(yuǎn)鏡靈敏度不足而無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

　　極目星空，巡天不止。“中國天眼”持續(xù)為人類極目宇宙貢獻(xiàn)中國智慧、提供中國方案。