清晨，貴州平塘大窩凼。望遠(yuǎn)鏡偌大的反射面從茫茫宇宙中抓取的射電信號(hào)數(shù)據(jù)，正源源不斷傳輸?shù)揭话俣喙镏獾馁F陽(yáng)天文大數(shù)據(jù)基地。

被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，自2016年9月25日落成啟用以來(lái)，已發(fā)現(xiàn)279顆脈沖星，是同期國(guó)際上其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的2倍多;多次捕捉到極罕見(jiàn)的快速射電暴爆發(fā);參與揭示的一種快速射電暴起源機(jī)制入選《自然》十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)……

“中國(guó)創(chuàng)造”擦亮深邃“天眼”，探求著宇宙奧秘。

以創(chuàng)新思維開(kāi)拓科研之基

工欲善其事，必先利其器。“中國(guó)天眼”的建造，是飽含戰(zhàn)略眼光的超前部署。

20世紀(jì)90年代，當(dāng)國(guó)際上還在為新一代大射電望遠(yuǎn)鏡怎么建、在哪建爭(zhēng)論不休時(shí)，以南仁東為首的中國(guó)科技工作者提出一個(gè)極富挑戰(zhàn)、近乎天馬行空的設(shè)想，得到了國(guó)家支持。

“獨(dú)立自主建”“利用喀斯特地貌建”“技術(shù)不成熟就一邊研究一邊建”。南仁東等人明確了這三條后，連望遠(yuǎn)鏡要落戶的喀斯特洼坑在哪都不知道，就開(kāi)始干了。

帶著幾百幅衛(wèi)星遙感圖，幾個(gè)人踏上漫漫十年尋址路。要給望遠(yuǎn)鏡找個(gè)最合適、節(jié)約成本的“家”，光看遙感圖不行，只能用雙腳“丈量”。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，最終在貴州省平塘縣找到了大窩凼——最適合“天眼”的深深“眼窩”。

過(guò)去同類(lèi)射電望遠(yuǎn)鏡的反射面是固定的，只能通過(guò)改變接收機(jī)的位置掃描天空中約20度的帶狀區(qū)域。為了在同等工程體量下獲取更大觀測(cè)范圍，南仁東想出主動(dòng)反射面的構(gòu)想，并連夜畫(huà)在草稿本上。

當(dāng)時(shí)，在一些人看來(lái)，那是一張工程科技很難支撐的“草圖”。南仁東一邊帶著團(tuán)隊(duì)做實(shí)驗(yàn)，一邊到各大院所、高校“招兵買(mǎi)馬”。

2010年8月，工程開(kāi)工前夕。“國(guó)內(nèi)頂級(jí)的應(yīng)用于斜拉橋上的鋼索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度是200兆帕、抗200萬(wàn)次彎曲，用在‘天眼’實(shí)驗(yàn)上都斷了。”時(shí)任饋源支撐系統(tǒng)總工程師的孫才紅說(shuō)。

當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)索疲勞問(wèn)題的是剛到國(guó)家天文臺(tái)工作的力學(xué)博士姜鵬。他立下“軍令狀”，與一家企業(yè)合作，進(jìn)行了有史以來(lái)最系統(tǒng)、最大規(guī)模的索疲勞試驗(yàn)，經(jīng)歷近百次失敗，用了一年半時(shí)間終于找到突破口，研制出滿足要求的鋼索。

“天眼”團(tuán)隊(duì)一天天壯大。光是為主動(dòng)反射面這個(gè)創(chuàng)新思維，便有幾十個(gè)人貢獻(xiàn)自己所學(xué)，聯(lián)合院所、高校、企業(yè)等各方力量，完成了一連串創(chuàng)新。

以不懈努力保障科研環(huán)境

“天眼”落成啟用時(shí)，姜鵬已接過(guò)總工程師的擔(dān)子。調(diào)試和運(yùn)維一點(diǎn)也不輕松，控制反射面索網(wǎng)的液壓促動(dòng)器工作強(qiáng)度非常高，工程師每天都要巡檢，誰(shuí)也不知道壞了幾個(gè)促動(dòng)器會(huì)不會(huì)影響觀測(cè)效果，陷入疲于檢修的重復(fù)勞動(dòng)中。

“姜鵬提出必須建一個(gè)反射面安全評(píng)估系統(tǒng)。”在望遠(yuǎn)鏡調(diào)試中負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)的工程師李輝說(shuō)，按照這個(gè)思路，團(tuán)隊(duì)利用全過(guò)程仿真技術(shù)，把整個(gè)反射面用力學(xué)模型完全數(shù)字化，“哪個(gè)促動(dòng)器壞了，哪個(gè)節(jié)點(diǎn)工作不正常，都能在總控室的安全評(píng)估系統(tǒng)中顯示”，并模擬出對(duì)觀測(cè)的影響，一旦超出安全范圍會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2200多個(gè)促動(dòng)器中，誤差或斷通訊數(shù)量超過(guò)40個(gè)，“天眼”就必須暫停觀測(cè)。有反射面安全評(píng)估系統(tǒng)作保障，這種情況從未發(fā)生過(guò)。

如果反射面板出問(wèn)題怎么辦呢?厚度僅1毫米的面板，弧度大到50多度，直接站上去肯定不行。工程師想到了模仿“太空行走”。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)叫“微重力蜘蛛人”，使用一個(gè)直徑7.6米的氦氣球?qū)⑦\(yùn)維人員的體重減少到反射面板能承受的重量，使得人員能夠到達(dá)反射面任意地方執(zhí)行巡檢和維護(hù)作業(yè)。

科學(xué)家也沒(méi)有停止對(duì)“天眼”的技術(shù)更新。北京大學(xué)教授、中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員李柯伽說(shuō)，除了聚焦科學(xué)本身，跟“天眼”相關(guān)的天文儀器設(shè)備研制正在有序推進(jìn)。

“天眼”觀測(cè)的是來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的微弱電磁信號(hào)，要求臺(tái)址電磁干擾水平極低，必須減少常規(guī)強(qiáng)干擾源，控制小功率干擾源，防止噪聲背景惡化，預(yù)防偶發(fā)干擾。

為了讓望遠(yuǎn)鏡能“安靜”地仰望星空，方圓5公里核心區(qū)里數(shù)千名群眾搬離故土開(kāi)啟新生活;平塘縣關(guān)閉了核心區(qū)內(nèi)及其附近的所有通信基站;羅甸縣擱置了機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目;黔南布依族苗族自治州境內(nèi)劃出了方圓近30公里的電磁波寧?kù)o區(qū)……系列舉措為“天眼”筑起一道道安全運(yùn)行防護(hù)網(wǎng)。

以開(kāi)放心態(tài)推動(dòng)科學(xué)合作

天文學(xué)的每一項(xiàng)重大成就，都豐富了人類(lèi)知識(shí)寶庫(kù);天文學(xué)與其他學(xué)科交叉融合實(shí)現(xiàn)的每一次重大突破，都對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)乃至人類(lèi)文明進(jìn)步帶來(lái)深刻影響。

自2020年初正式開(kāi)放運(yùn)行以來(lái)，中科院國(guó)家天文臺(tái)實(shí)現(xiàn)了“天眼”這座天文學(xué)利器的高水平管理和運(yùn)行，但作為大科學(xué)計(jì)劃、大科學(xué)工程、大科學(xué)中心中的一員，它的科學(xué)征途才剛剛起航。在科學(xué)家眼中，它能刺穿“光年之外”，能洞悉宇宙“前世”，是個(gè)身在洼地、心系深空的“天空實(shí)驗(yàn)室”。

“在某些觀測(cè)能力上有飛躍的設(shè)備，總會(huì)有意想不到的發(fā)現(xiàn)。”中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員、“中國(guó)天眼”首席科學(xué)家李菂說(shuō)，“中國(guó)天眼”的靈敏度超群，使它在很多領(lǐng)域具備超強(qiáng)“發(fā)現(xiàn)力”，以及突破的潛力。它可以驗(yàn)證和探索很多宇宙奧秘，比如引力理論驗(yàn)證、星系演化、恒星和行星起源，乃至物質(zhì)和生命的起源等。

李菂說(shuō)，天文學(xué)是個(gè)開(kāi)放的學(xué)科，大部分“天眼”早期科學(xué)成果都有國(guó)際專家參與。2021年4月面向全球科學(xué)界開(kāi)放后，交流合作會(huì)更多。“中國(guó)天眼”科學(xué)委員會(huì)和時(shí)間分配委員會(huì)的成員是中國(guó)人，但相關(guān)評(píng)審是按照提交申請(qǐng)所屬的專業(yè)領(lǐng)域，交由國(guó)際頂尖專家評(píng)審，完全與研究前沿接軌。

由于“天眼”是中國(guó)獨(dú)資的大科學(xué)工程，有既定的科學(xué)任務(wù)和規(guī)劃，包括多科學(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)等在內(nèi)的先導(dǎo)項(xiàng)目，大多已由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜。

據(jù)李菂介紹，在時(shí)間分配上，外國(guó)科學(xué)家總計(jì)可以分享10%的望遠(yuǎn)鏡時(shí)間，按照項(xiàng)目評(píng)審的打分情況，在這10%的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分配，預(yù)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)比較激烈。

“不管項(xiàng)目是誰(shuí)在牽頭，大家都是朝著同樣一個(gè)科學(xué)目標(biāo)邁進(jìn)。”李柯伽說(shuō)，自己除了繼續(xù)關(guān)注快速射電暴觀測(cè)，還在利用“天眼”進(jìn)行納赫茲引力波探測(cè)。相信“天眼”在超大質(zhì)量或者極低質(zhì)量脈沖星、黑洞脈沖星雙星等領(lǐng)域也有取得舉世矚目成就的機(jī)會(huì)。

人類(lèi)只有一個(gè)天空，一個(gè)宇宙。回溯原初宇宙，揭示更多宇宙奧秘，這是建造“天眼”的原動(dòng)力，也是終極目標(biāo)。因此，“天眼”需要聯(lián)合各國(guó)科學(xué)家，以開(kāi)放的態(tài)度對(duì)全球開(kāi)放。外國(guó)科學(xué)家可以獨(dú)立或者作為首席專家主導(dǎo)一些研究項(xiàng)目，有潛力的探索性項(xiàng)目也會(huì)得到支持。

南仁東生前有兩個(gè)希望：一是后來(lái)者盡快完成望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整及試運(yùn)行試觀測(cè)，這一點(diǎn)已經(jīng)順利完成;二是希望他們有運(yùn)氣，能夠做出巨大的天文成就，這一點(diǎn)值得全人類(lèi)期待。

關(guān)鍵詞： 中國(guó)創(chuàng)造 天眼