原標題:給我一雙“慧眼”——“超級天眼”的探索與追問
9月7日拍攝的500米口徑球面射電望遠鏡工程全景。新華社記者 劉續 攝
人類關於宇宙新知的探索又邁進了一步。
25日,有著“超級天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠鏡將在貴州平塘的喀斯特洼坑中落成啟用,吸引著世界目光。
1609年,義大利科學家伽利略用自製的天文望遠鏡發現了月球表面高低不平的環形山,成為利用望遠鏡觀測天體第一人。
400多年後,代表中國科技高度的大射電望遠鏡,將首批觀測目標鎖定在直徑10萬光年的銀河系邊緣,探究恒星起源的秘密,也將在世界天文史上鐫刻下新的刻度。
宇宙到底有多大?這是人類秉承探索發現的天性不斷追尋的問題。在發現未知地帶的征程中,中國天文人將不畏艱苦、不斷創新,奏響探索宇宙的新暢想曲。
平塘國際射電天文科學旅遊文化產業園天文體驗館內的太陽系模型(9月23日攝)。新華社記者 劉續 攝
“發現”的高手,大射電成我國天文學躋身世界一流的突破口
望遠鏡“鍋蓋”越大越靈敏,500米的“超級天眼”究竟有多靈敏?科學家打了個比方,有人在月亮上打手機,也逃不過它的“眼睛”。
而對老一輩天文學家來說,擁有這樣的望遠鏡一直是個夢。我國天文學長期落後,主要受制于望遠鏡設備。
二戰後射電天文學方興未艾,接連涌現類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射四大天文發現,而我國在這一領域卻長期處於空白狀態。
走過蹣跚學步、仰望西方強國的階段,近年來我國陸續建成5座射電望遠鏡,口徑從25米到65米不等。不過,與美國的305米口徑和德國100米口徑射電望遠鏡相比,我們的射電望遠鏡觀測能力還比較有限。
上海65米射電望遠鏡正式落成(2012年10月28日)。新華社記者 張建松 攝
“天文設備按國際慣例都是開放的,但中國人要獨立申請使用國外望遠鏡比較難。國內外設備差距比較大,缺乏平等合作的基礎。”國家天文臺“百人計劃”研究員、500米口徑球面射電望遠鏡工程科學部主任朱明說,只有走自主研製之路,才可以扭轉這一局面。
“500米口徑球面射電望遠鏡建成,將為我國天文學躋身世界一流創造條件。”中科院國家天文臺臺長嚴俊表示。
500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程在滿天繁星下呈現出的美麗景觀(6月27日攝)。 新華社記者 劉續 攝
國家天文臺射電天文研究部首席科學家、“千人計劃”專家李菂說,中國大射電在很多領域都具備超強的能力:發現氣體星系有望在過去的基礎上提高10倍,發現的脈衝星數量有望翻倍,有望發現新的星際分子……
射電望遠鏡誕生至今,人類發現約2500顆脈衝星,它們全部位於銀河系內。科學家們將中國大射電首批觀測目標鎖定在銀河系外,希望依靠其超群的靈敏度搜尋河外星系的脈衝星。
“發現更多脈衝星,從脈衝星中遴選出脈衝信號穩定的毫秒級脈衝星,將來有望應用於空間飛行器導航領域。”嚴俊說,目前國內外相關研究都處於概念階段。
拓寬科技維度,“天眼”聯網才能洞穿宇宙迷霧
今天天文領域講究立體化作戰,僅有500米口徑球面射電望遠鏡還遠不夠。從某一點看宇宙,視野有限,望遠鏡要形成陣列才能發揮更強威力。
“大射電擅長的觀測頻率是中低頻,而高頻的亞毫米波、毫米波領域也需要更強的望遠鏡,才能形成比較完備的觀測體系。”朱明解釋說。
按計劃,500米口徑球面射電望遠鏡將和我國其他5座射電望遠鏡組成“天眼”群——甚長基線干涉測量網,並主導國際射電領域的低頻測量網,從而更好地獲取天體超精細結構。
7月15日拍攝的郭守敬巡天望遠鏡(左)。新華社記者 李響 攝
未來5至10年,大射電等項目只是我國大望遠鏡建設浪潮的前浪。據嚴俊透露,中國12米光學紅外望遠鏡已初步通過專家評審,有望于“十三五”規劃期間立項。
目前,我國最大的光學望遠鏡是位於雲南麗江的2.4米光學望遠鏡,與國際上領先的西班牙10.4米光學望遠鏡、美國10米光學望遠鏡和日本8米光學望遠鏡等仍有較大差距。
12米光學紅外望遠鏡建成後將為暗能量本質、引力波源光學認證和研究、太陽系外類地行星探測、超大品質黑洞、第一代恒星等前沿科學問題提供在國際上有競爭力的觀測平臺。
有紅外望遠鏡,就有紫外望遠鏡和X射線望遠鏡,我國正計劃把望遠鏡家族的基地拓展到空間領域。
2015年3月19日,中國科學院國家天文臺對全世界發佈郭守敬望遠鏡(LAMOST)首批巡天光譜數據,發佈會現場的星雲圖映射出一位記者的身影。新華社記者 殷剛 攝
今年年底,我國將發射自主研製的硬X射線調製望遠鏡衛星,它可以進行寬波段大天區X射線巡天成像,具有獨特的觀測黑洞、中子星等高能天體多波段X射線快速光變的能力,並可以監視天空的高能爆發現象。
“隨著我國空間站逐步具備維護在軌航太器功能,建造中國版‘哈勃’太空望遠鏡的呼聲也越來越高。”嚴俊說,立體化作戰的望遠鏡集群,不僅將大幅提升我國在天文科學與技術方面的自主創新能力,還能廣泛應用於導航、定位、航太、深空探測等領域。
二十年“鑄天鏡”,開啟射電天文學的“黃金時代”
天文學領域的技術看上去顯得“高大上”,但實際上離我們的生活卻很近:射電天文學家在研究中的副產品WLAN技術,成了今天每個人生活都離不開的WIFI技術的前身;天文學類地行星的研究,讓我們有了與“來自星星的你”交流的靈感……
“古有十年磨一劍,今有二十年‘鑄天鏡’。國家加大對天文觀測設施的投入,是綜合國力提升的體現,也是工業製造水準的縮影。”中科院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡工程副經理彭勃說。
為了建造500米口徑球面射電望遠鏡,我國天文學家等待了22年,研究和建設團隊也從1994年以南仁東、彭勃為核心的5人小組擴展至上百人。
9月24日,工作人員在FAST控制中心內調試設備。新華社記者 歐東衢 攝
自主創新的同時,我國還參與多個國際合作的望遠鏡項目,包括世界上正在研製的兩套新一代巨型望遠鏡——30米光學望遠鏡和平方公里陣射電望遠鏡。
30米光學望遠鏡拼接主鏡將具備9倍于當今最大望遠鏡的集光能力,圖像解析度也將比當前所能達到的最高解析度高3倍。根據不同觀測目標和方法,它的探測深度將是現有望遠鏡的10至100倍。
平方公里陣射電望遠鏡項目由兩套先進的望遠鏡設備構成,一套是位於南部非洲的蝶形天線陣,另一套是位於澳大利亞的低頻孔徑陣列。蝶形天線陣由200面拋物面天線組成,看起來像“衛星鍋蓋”;低頻孔徑陣列由超過10萬個偶極天線組成,看起來像“電視天線”。它們將被科學家用來觀測宇宙“黑暗時代”,並搜尋地外文明的蛛絲馬跡。
南非境內已建好的平方公里陣列天文望遠鏡項目部分蝶形天線(2011年12月攝)。新華社記者 于大波 攝
中科院國家天文臺副臺長鄭曉年說,天文學研究和天文設施都是開放的,先進的天文設施建起來了,就需要優秀的研究團隊。國家天文臺正千方百計吸引國內知名專家和學者,利用大射電等先進望遠鏡開展前沿科學和應用技術的研究,爭取早出成果。
“過去國內天文觀測條件有限,我國天文學科發展相對較弱。”嚴俊說,隨著天文觀測設施的豐富,國內著名高校正在加強天文學科的專業建設,今後還要強化高校與天文觀測臺站之間的合作。
平塘國際射電天文科學旅遊文化產業園天文體驗館(9月23日攝)。新華社記者 歐東衢 攝
關鍵技術無先例可循、關鍵材料急需攻關、核心技術遭遇封鎖……從預研到建成的22年時間裏,我國老中青三代科技工作者克服了不可想像的困難,實現了由跟蹤模倣到整合創新的跨越,也為更多人投身這項科學事業奠定了基礎,點燃了人類嚮往太空的激情。
“從孩子第一次抬頭看到星星的那一刻,天文學其實就在他們心裏埋下了種子。”李菂說,希望天文學課程將來可以走進課堂,激發孩子們觀察星空、探索宇宙的興趣。
學生們在南開大學附屬中學新落成的天文教室裏體驗各種類型的天文望遠鏡(2011年10月25日)。新華社發
“天文學的發展,是全人類認識宇宙的智慧結晶。未來20年是射電天文乃至天文學的‘黃金時代’,不斷增強的科技創新力,讓我們擁有向宇宙更深處探索、實現前沿科學領域突破的信心。”彭勃說。
[責任編輯：韓靜]
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