天眼是世界最大的射电天文望远镜(射电天文望远镜)

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国之重器,全球开放。

“中国天眼”向世界发出邀请函——3月31日0时起,500米口径球面射电望远镜(FAST)开始接受全球天文学家观测申请。

灯塔的光可以为船只导航

记者:吴燕霞 王宇轩

他不希望被人们记住,但人们又怎会忘记他的卓越功绩?

多年前,中国乃至世界天文爱好者就一直在讨论天眼,有人说这是刘慈欣《三体》中的“红岸基地”现实版,也网传物理学家霍金在世之时曾担忧天眼的建造会将人类和地球曝光于宇宙未知生命的威胁之下。

欧洲南方天文台荣誉天文学家迪特里希·巴德教授表示:“中国将接受外国研究人员的请求,这无疑对全球天文学领域的发展是一件好事。尤其是在阿雷西博望远镜退役后,FAST的意义就更为重大了。”

作为宇宙中恒星生命的重要一环,中子星和脉冲星两极发射的光束携带着大量恒星演化的重要信息。脉冲星由于其磁层而产生射电波束,在这个超强的磁层中包含了极端相对论性带电粒子、极强的等离子体波和极强磁场的奇异混合物,这种环境在其它的天体中不具备,我们在地面也无法模拟。通过对其发射出来的电磁波的分析,我们可以进行更广泛的等离子体物理研究。

中国“天眼”。FAST 官方图

现在人类对无线电的利用越来越广泛,产生的无线电波会干扰宇宙信号的接收,于是科学家提出建造更大的射电望远镜来支持天文学的研究,在1994年,中国科学家南仁东提出建造中国天眼的设想,并开始了多方考察,最后决定将建造地点定在贵州,中国天眼坐落于贵州省平塘县的一个喀斯特大洼地之上,那为什么要选在贵州建造中国天眼呢?

2016年11月,贵州省发改委正式立项建设克度航龙、塘边塘泥、克度光明三个FAST冰雹防御作业炮站,2017年10月投入使用。

在遥远深邃的宇宙中,有一颗星星叫“南仁东星”,是为纪念“中国天眼”之父南仁东而命名的。在发表2019年新年贺词时,习近平特别提到了这颗“南仁东星”。

2007年7月,历经十几年,FAST作为“十一五”重大科学装置正式被国家批准立项。

天眼能“听”多远?王启明说,理论上FAST能接收到137亿光年外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。

在活动现场,中国天眼(FAST)总工程师姜鹏发表主旨演讲。

自2020年1月对国内开放运行以来,这一具有我国自主知识产权的重大科研基础设施,运行稳定可靠,已发现300余颗脉冲星,并在快速射电暴等研究领域取得重大突破。

科学无国界,合作无远近。正如习近平总书记一直强调的——国际科技合作是大趋势。中国始终秉持人类命运共同体理念,在自身不断发展的同时,努力推动科技创新成果惠及其他更多国家和人民。

重子包括质子中子等物质,我们所知道的一切物体都是由重子构成的。宇宙中4%的重子物质除了恒星、星云和行星外,还有黑洞、白矮星和中子星。这三种星体都属极密度极大的天体,它们不发出可见光,我们看不见它们。

“天眼”,是他留给祖国的骄傲。

发现世界首个快速射电暴大样本集。在迄今发表的几百例快速射电暴中,大部分都只是昙花一现再也没能观测到其爆发。美国阿雷西博望远镜发现的FRB 20121102A是人们发现的首个重复爆发的快速射电暴。李菂带领团队利用FAST捕捉到FRB 20121102A的1652个爆发,超过此前本领域所有文献中提及的FRB爆发的总和,并在大样本中首次发现FRB能量双峰结构,论文于2021年发表在《自然》杂志并入选2021年度“中国科学十大进展”。

世界上跨度最大、精度最高的索网结构;4450个反射单元构成的反射面;6根钢索控制的30吨馈源舱(馈源舱是“中国天眼”核心部件之一,用于安装和实现馈源的精确定位。如果把FAST看作天眼,那馈源舱就相当于这个眼睛的瞳孔,起到聚焦的作用)……

一项项自主创新,铸就了独一无二、世界领先的超级工程,也使“中国天眼”走到人类“视界”的最前沿。

在国家天文台研究员陈学雷的记忆中,南仁东是一个随性不羁的人。很难想象,这样的他会被一个项目拴住,而且一拴就是22年。

与单纯接收电磁波的射电望远镜不同,雷达可以利用发射机向外发射电磁波信号,就像是暗夜里的探照灯。通过接收从目标反射回来的电磁波,雷达就能发现目标,并且分析出它的形状、表面细节和移动速度。

网友:“中国复眼”项目进展如何?

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。

为了实现观天望宇的梦想,南仁东放弃高薪毅然回国,负责“中国天眼”的研究及设计工作。从选址、论证到设计、建设,身为项目首席科学家兼总工程师,南仁东亲力亲为,一干就是22年。

贵州的喀斯特地形不光形状合适,地下排水容易,不会因暴雨积水,而且远离大城市的信号干扰,是建造这种大型射电望远镜的绝佳台址。

此外美国还拥有哈勃望远镜。相比在地面上的海尔望远镜,哈勃望远镜有一个明显的优点。

中子星比太阳重多了,但我们看不见它,因为它的直径大约只有10~20千米,并且它没有恒星明亮。

网友:为什么叫“中国复眼”?

这也许就是建设FAST的最初动力。这个LT项目后来改名叫平方公里阵(Square Kilometer Array,简称SKA),也就是总接收面积可达1平方公里的望远镜阵列。随着南仁东等人的积极推动,设计建在贵州喀斯特地形中的一批200米到300米的射电望远镜成为了SKA的候选计划之一。

一位阿雷西博天文台的工作人员人此前表示,阿雷西博射电望远镜若失去功能,那么全世界在天文探索领域,将只能依靠来自中国贵州的另一只“大眼睛”了。

比如说,除了射电望远镜之外,美国还拥有世界上最大的反射式望远镜:海尔望远镜(就是利用面和平面的面镜组合来反射光线,并形成影像的光学望远镜)。它位于美国的帕洛马山天文台。同样也可以用来观测太空。

它位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县的喀斯特洼坑中,镶嵌于苍翠的贵州深山老林,承载着最前沿的科学和技术。

2015年,已经70岁的南仁东被查出罹患肺癌,但他并未因此放下手头的工作,必要时还是毫不犹豫地奔赴现场。就在生命的最后几个月,他依然密切关注着FAST的每一项进展。

无独有偶,同年11月6日,望远镜上一根主钢缆断裂,对底部反射面造成了更严重的破坏。而后的12月1日,美国国家科学基金会确认,经历过两次严重事故后的望远镜很可能已不能使用,需要重建。

2011年3月25日,FAST工程正式在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼动工。五年后,2016年9月25日,FAST落成启用。经过三年半的调试期,2020年1月11日,FAST通过国家验收,正式进入运行阶段。

自落成启用以来,习近平总书记多次强调“中国天眼”的重要意义——

射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大,有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜,有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜,有射电望远镜阵列,还有金属杆制成的射电望远镜。

图为中国天眼

从1994年提出构想到2020年通过国家验收、开放运行,“中国天眼”历时26年,凝聚了四代中国科学家的智慧和心血,向世界贡献了重大科学工程的中国经验和创新实践——

FAST望远镜,拥有中国自主知识产权,因球面射电望远镜本身像一颗凝望苍穹的巨大眼睛而被称为“天眼”。