中國故事丨「中國天眼」：極目百億光年之外

轉自：新華社

　　國際學術期刊《自然·天文學》近期發表了中國科學家一項重要發現——通過「中國天眼」FAST的觀測，一顆原本被認為「熄滅」的脈衝星，仍然可以探測到極其微弱的窄脈衝。這是「中國天眼」探測到的脈衝星輻射新形態，對揭示脈衝星磁層的極端物理環境等具有重要科學意義。

　　這顆脈衝星，是「中國天眼」FAST「入職」以來，發現的800余顆脈衝星中的一顆，這些重要發現為人類研究宇宙提供了很多有利的數據幫助。

　　從古人發出的「日月安屬？列星安陳？」的《天問》，到如今藉助全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠鏡，將人類「視界」延伸到百億光年之外。從選址、建設、調試、運營，「中國天眼」建設運維過程中的每一個環節，無不在運用中國智慧和中國製造，在人類極目宇宙的道路上貢獻着力量。

　「這是一個美麗的風景、科學風景！」

　　20世紀90年代，「中國天眼」設想提出時，大膽到有些突兀。

　　當時中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米，德國的埃菲爾斯伯格望遠鏡口徑100米的世界紀錄已保持多年，而「中國天眼」的目標是500米。

　　中國曾是世界上天文記錄最久遠、最完整的國家。在超過3000年的時間里，華夏文明連續不斷地記錄着各種天文現象，中國古代天文學家編制了100多種天文曆法，也發明了大量的天文儀器。

　　但近代以來，中國天文學跟其他科學技術一樣，大大落后於率先完成工業革命的西方國家。即便在上世紀，老一輩天文學家也只能尋求與國外合作，相當於借用別人的望遠鏡，大多隻能做一些邊緣課題。

　　FAST的理想建造地對地形、地質、水文等都有着極高要求，爲了給望遠鏡找個最合適的「家」，當時年近50歲的南仁東帶着團隊與300多幅衞星遙感圖，風餐露宿地奔走於貴州大山深處。

　　這是一張拼版照片：依次為「中國天眼」拼裝第一塊反射面板（左上，2015年8月攝）、「中國天眼」反射面板安裝近半（右上，2015年12月攝）、「中國天眼」反射面板安裝近八成（左下，2016年3月攝）、維護保養期間的「中國天眼」（右下，2022年7月攝）（無人機照片）。新華社記者 歐東衢 攝

　　12年時間里，他們幾乎走遍了貴州所有的喀斯特窪地，最終從300多個候選窪地里，選擇了平塘縣大窩凼——最適合「天眼」的深深「眼窩」。

　　2011年3月動工開建，2016年9月落成啟用，橫空出世的「中國天眼」刷新了世人對射電望遠鏡的認知極限：

　　口徑500米，僅圈樑、索網和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材；反射面板總面積25萬平方米，相當於30個標準足球場，用掉2000多噸鋁合金；如果將「中國天眼」裝滿水，全世界每人可以分到2升……

　　「中國天眼」落成啟用當日，71歲的南仁東站在「中國天眼」的圈樑上對記者深情地説：「這是一個美麗的風景、科學風景！」

　　2017年9月，南仁東因肺癌去世。走前，他實現了奮鬥一生的夢想——建一臺世界最大最強的射電望遠鏡。現在，「中國天眼」已成為全球最大且最靈敏的單口徑射電望遠鏡，極大拓展了人類觀察宇宙視野的極限。

　　反覆試驗、多次失敗、越挫越勇

　　獨一無二的科學工程，沒有經驗可循，註定會面臨史無前例的挑戰。

　　反射面板如「中國天眼」的「視網膜」，索網則是支撐「視網膜」的「神經系統」。「中國天眼」反射面板雖只有1毫米厚，也要使用2000多噸鋁合金，其索網結構是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，對抗疲勞性能的要求極高，現有鋼索都難堪重任。

　　FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬帶着一幫青年人，用整整兩年時間，進行了大規模的索疲勞試驗。近百次失敗，從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關鍵，終於攻克超高強度、抗反覆拉伸的鋼索，首創主動變形反射面，使望遠鏡覆蓋40度天頂角，成功支撐起「中國天眼」的「視網膜」。

　　「沒人告訴你可以怎麼做，誰也沒有把握自己的方法一定行。」姜鵬告訴記者，「反覆試驗、多次失敗、越挫越勇」的艱難攻關幾乎貫穿了FAST建設階段的每一個環節。

　　僅在建設階段，「中國天眼」就獲得了鋼結構、自動化產業、機械工業、創新設計、測繪地理信息技術、電磁兼容研發、建設工程等10余個領域的國家大獎。

　　在調試階段，「中國天眼」又碰到難題。「‘積木’搭好了，但望遠鏡不能按照總控的指令高效運行。」FAST運行和發展中心測控部主任孫京海説，「簡單的修復解決不了問題，控制系統必須推倒重建。」

　　爲了儘快開發出新的控制系統，孫京海無數次挑燈夜戰至東方既白，幾乎重寫了全部核心算法代碼。他心里只有一個信念：不能讓工程調試進度耽誤在自己這里。最終，在正式測試時，一套為「中國天眼」量身定製的控制系統，所有指標一次通過。

　　「中國天眼」世界最大、最靈敏的特性，激發了很多特殊的技術需求，需要中國科學家們充分發揮主觀能動性和創造力，在不斷「挑戰認知和技術極限」、不斷「發現問題、解決問題」中優化升級。

　　今年7月底，在中國科學院國家天文臺、哈爾濱工業大學等10家單位共同努力下，國家重點研發計劃「智能機器人」重點專項「重大科學基礎設施FAST運行維護作業機器人系統」項目通過驗收，極大提升了「中國天眼」運維質效，年觀測時間可增加1000小時左右。

　　不斷拓展人類觀天視野極限

　　發現800余顆新脈衝星、首次在射電波段觀測到黑洞「脈搏」、探測到納赫茲引力波存在的關鍵證據……「中國天眼」成果頻出，不斷拓展人類觀測宇宙的視野極限。

　　快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發現象，在1毫秒的時間內能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。

　　得益於「中國天眼」的超高靈敏度，中國科學家領導的科研團隊發現了首例持續活躍重複快速射電暴FRB 20190520B，對更好理解這一宇宙神祕現象具有重要意義。

　　國家天文臺研究員李柯伽所在的中國脈衝星測時陣列（CPTA）研究團隊利用「中國天眼」，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據。

　　「FAST的靈敏度讓中國天文學家站在了人類視野的最前沿。」李柯伽説，憑藉「中國天眼」的優良性能，CPTA研究團隊以數據精度、脈衝星數量和數據處理算法上的優勢，彌補了觀測時長的差距，使我國納赫茲引力波探測和研究同步達到世界領先水平。

　　「敢為人先的魄力、追求極致的毅力、持之以恆的定力，是FAST的成功祕訣。」姜鵬説。

總策劃：趙丹平、顧錢江

　　監製：閔捷

　　統籌：衞鐵民

　　記者：歐東衢、吳簫劍、潘德鑫、吳思

　　視頻：吳斯洋、劉勤兵、楊欣

　　編輯：劉暢、徐欣濤