目光如炬,摘星于百億光年之外
可能有人會問,,既然“中國天眼”3年前落成啟用了,,為什么今天才驗收呢,?實際上,要實現(xiàn)科學(xué)家的各種觀測意圖,,達成穩(wěn)定可靠的靈敏度,,對望遠鏡來說并非易事。
從世界最大到世界最靈敏,,正是“中國天眼”3年來一刻不停調(diào)試和試觀測的目標(biāo)和成果,。它的觀測范圍能企及河外星系甚至百億光年之外的宇宙邊緣,。
靈敏度和分辨率是射電望遠鏡的兩大核心指標(biāo),。由于星體距離地球十分遙遠,到達地球時能量微弱,,靈敏度是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)暗弱天體的能力,,而要想進一步看清遙遠天體的真實面貌,就要依靠分辨率,。
“靈敏度是最‘硬’的指標(biāo),,基本由望遠鏡的口徑限定死了。相比之下,,分辨率則可以通過多臺相對小的望遠鏡協(xié)同配合來提高,。”國家天文臺副研究員錢磊介紹,。
“開創(chuàng)了建造巨型射電望遠鏡的新模式,,突破了傳統(tǒng)望遠鏡的工程極限,采用全新設(shè)計方案,、口徑更大的‘中國天眼’,,比國外同類望遠鏡的調(diào)試期更短,遠超國際慣例和同行預(yù)期,?!苯i說。
從下面的幾組數(shù)據(jù),,我們可以窺見“中國天眼”的身形:
1月11日,,專家學(xué)者對“中國天眼”進行考察(檢修期間拍攝)。 新華社記者 劉續(xù) 攝
大——反射面由4450個反射單元構(gòu)成,,總面積為25萬平方米,,相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大。如果把它看成是一口盛滿水的鍋,,容量夠全世界每個人分到4瓶水,。
巧——30噸的饋源艙通過6根鋼索控制,可以在140米高空,、206米的尺度范圍內(nèi)實時定位,。
強——能看見更遙遠暗弱的天體,,它1分鐘就能發(fā)現(xiàn)的星體,即使把坐標(biāo)提供給百米口徑的射電望遠鏡,,對方也要9分鐘才能看見,。
精——500米的尺度上測量角度精確到8角秒,10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米,。
“但這些設(shè)計,、性能和精度不是理所當(dāng)然的?!苯i說,,“天眼”的索網(wǎng)結(jié)構(gòu),是世界上跨度最大,、精度最高、工作方式最特殊的,。要實現(xiàn)反射面變形,,對抗疲勞性能的要求極高,現(xiàn)成的鋼索實驗中都斷了,。如果這個材料和工藝層面的問題不解決,,整個項目就要停滯。
回憶10年前的“索網(wǎng)攻關(guān)”,,姜鵬記憶猶新:“我們進行了可能是有史以來最系統(tǒng),、最大規(guī)模的索疲勞試驗,經(jīng)過近百次失敗,,終于研制出超高耐疲勞鋼索,,在200萬次循環(huán)加載條件下可達500MPa應(yīng)力幅,國際上尚無先例,?!?/p>
實際上,整個團隊各個子系統(tǒng)的研制過程,,幾乎都是如履薄冰,。從26年前以南仁東為代表的幾位科學(xué)家,發(fā)展到今天100人左右,、平均年齡35歲,、能獨立自主設(shè)計建造大型射電望遠鏡和同類天線的隊伍,前后4代科研工作者前赴后繼,、扎根深山,,不負當(dāng)代天文學(xué)“弄潮兒”。
1月8日,,月光下的“中國天眼”全景(檢修期間拍攝),。 新華社記者 歐東衢 攝
一眼當(dāng)先,,大裝置牽引科技創(chuàng)新
科學(xué)技術(shù)進步的速度,從過去以萬年,、千年,、百年為尺度,已經(jīng)變成現(xiàn)在的十年,、一年,,甚至日新月異。但對物理學(xué),、天文學(xué)來說,,似乎還在啃量子力學(xué)和相對論的老本。
重大突破,,科研儀器先行,。北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所研究員李柯伽認(rèn)為,天文學(xué)乃至物理學(xué)都是實驗科學(xué),,前人的理論研究走在了前面,,后人的實驗驗證是關(guān)鍵,這就必須用到大科學(xué)裝置,。
“處在發(fā)展上升階段的學(xué)科,,誰在提出問題,誰就掌握發(fā)展動向,,如果沒有大裝置做實驗,,就提不出問題,只能跟在別人后面解決問題,?!崩羁沦ふf,邊界尚未知曉的天文學(xué),,無疑是發(fā)展中的學(xué)科,。
“天天摸著望遠鏡做觀測的人,才能發(fā)現(xiàn)前沿的問題,?!表n金林說,過去中國缺少大望遠鏡設(shè)備,,天文學(xué)家只能在某些領(lǐng)域從理論方面深挖,,而現(xiàn)在則可以從觀測角度做出更多原創(chuàng)的、世界領(lǐng)先的成果,。
從開工建設(shè)到國家驗收的短短9年間,,收獲滿滿:
1月11日,專家學(xué)者對“中國天眼”進行考察(檢修期間拍攝),。 新華社記者 歐東衢 攝
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