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

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

“中國創(chuàng)造”擦亮深邃“天眼”，探求著宇宙奧秘。

以創(chuàng)新思維開拓科研之基

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

20世紀90年代，當國際上還在為新一代大射電望遠鏡怎么建、在哪建爭論不休時，以南仁東為首的中國科技工作者提出一個極富挑戰(zhàn)、近乎天馬行空的設想，得到了國家支持。

“獨立自主建”“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，連望遠鏡要落戶的喀斯特洼坑在哪都不知道，就開始干了。

帶著幾百幅衛(wèi)星遙感圖，幾個人踏上漫漫十年尋址路。要給望遠鏡找個最合適、節(jié)約成本的“家”，光看遙感圖不行，只能用雙腳“丈量”。經(jīng)過反復篩選，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”。

過去同類射電望遠鏡的反射面是固定的，只能通過改變接收機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范圍，南仁東想出主動反射面的構(gòu)想，并連夜畫在草稿本上。

當時，在一些人看來，那是一張工程科技很難支撐的“草圖”。南仁東一邊帶著團隊做實驗，一邊到各大院所、高校“招兵買馬”。

2010年8月，工程開工前夕。“國內(nèi)頂級的應用于斜拉橋上的鋼索，標準強度是200兆帕、抗200萬次彎曲，用在‘天眼’實驗上都斷了。”時任饋源支撐系統(tǒng)總工程師的孫才紅說。

當時負責索疲勞問題的是剛到國家天文臺工作的力學博士姜鵬。他立下“軍令狀”，與一家企業(yè)合作，進行了有史以來最系統(tǒng)、最大規(guī)模的索疲勞試驗，經(jīng)歷近百次失敗，用了一年半時間終于找到突破口，研制出滿足要求的鋼索。

“天眼”團隊一天天壯大。光是為主動反射面這個創(chuàng)新思維，便有幾十個人貢獻自己所學，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，姜鵬已接過總工程師的擔子。調(diào)試和運維一點也不輕松，控制反射面索網(wǎng)的液壓促動器工作強度非常高，工程師每天都要巡檢，誰也不知道壞了幾個促動器會不會影響觀測效果，陷入疲于檢修的重復勞動中。

“姜鵬提出必須建一個反射面安全評估系統(tǒng)。”在望遠鏡調(diào)試中負責結(jié)構(gòu)的工程師李輝說，按照這個思路，團隊利用全過程仿真技術(shù)，把整個反射面用力學模型完全數(shù)字化，“哪個促動器壞了，哪個節(jié)點工作不正常，都能在總控室的安全評估系統(tǒng)中顯示”，并模擬出對觀測的影響，一旦超出安全范圍會自動報警。

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

如果反射面板出問題怎么辦呢?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”。

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

科學家也沒有停止對“天眼”的技術(shù)更新。北京大學教授、中科院國家天文臺研究員李柯伽說，除了聚焦科學本身，跟“天眼”相關(guān)的天文儀器設備研制正在有序推進。

“天眼”觀測的是來自遙遠天體的微弱電磁信號，要求臺址電磁干擾水平極低，必須減少常規(guī)強干擾源，控制小功率干擾源，防止噪聲背景惡化，預防偶發(fā)干擾。

為了讓望遠鏡能“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;羅甸縣擱置了機場項目;黔南布依族苗族自治州境內(nèi)劃出了方圓近30公里的電磁波寧靜區(qū)……系列舉措為“天眼”筑起一道道安全運行防護網(wǎng)。

以開放心態(tài)推動科學合作

天文學的每一項重大成就，都豐富了人類知識寶庫;天文學與其他學科交叉融合實現(xiàn)的每一次重大突破，都對基礎科學乃至人類文明進步帶來深刻影響。

自2020年初正式開放運行以來，中科院國家天文臺實現(xiàn)了“天眼”這座天文學利器的高水平管理和運行，但作為大科學計劃、大科學工程、大科學中心中的一員，它的科學征途才剛剛起航。在科學家眼中，它能刺穿“光年之外”，能洞悉宇宙“前世”，是個身在洼地、心系深空的“天空實驗室”。

“在某些觀測能力上有飛躍的設備，總會有意想不到的發(fā)現(xiàn)。”中科院國家天文臺研究員、“中國天眼”首席科學家李菂說，“中國天眼”的靈敏度超群，使它在很多領(lǐng)域具備超強“發(fā)現(xiàn)力”，以及突破的潛力。它可以驗證和探索很多宇宙奧秘，比如引力理論驗證、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，天文學是個開放的學科，大部分“天眼”早期科學成果都有國際專家參與。2021年4月面向全球科學界開放后，交流合作會更多。“中國天眼”科學委員會和時間分配委員會的成員是中國人，但相關(guān)評審是按照提交申請所屬的專業(yè)領(lǐng)域，交由國際頂尖專家評審，完全與研究前沿接軌。

由于“天眼”是中國獨資的大科學工程，有既定的科學任務和規(guī)劃，包括多科學目標漂移掃描巡天、中性氫星系巡天、銀河系偏振巡天、脈沖星測時、快速射電暴觀測等在內(nèi)的先導項目，大多已由中國科學家領(lǐng)銜。

據(jù)李菂介紹，在時間分配上，外國科學家總計可以分享10%的望遠鏡時間，按照項目評審的打分情況，在這10%的時間內(nèi)進行分配，預計競爭會比較激烈。

“不管項目是誰在牽頭，大家都是朝著同樣一個科學目標邁進。”李柯伽說，自己除了繼續(xù)關(guān)注快速射電暴觀測，還在利用“天眼”進行納赫茲引力波探測。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會。

人類只有一個天空，一個宇宙?；厮菰跤钪?，揭示更多宇宙奧秘，這是建造“天眼”的原動力，也是終極目標。因此，“天眼”需要聯(lián)合各國科學家，以開放的態(tài)度對全球開放。外國科學家可以獨立或者作為首席專家主導一些研究項目，有潛力的探索性項目也會得到支持。

南仁東生前有兩個希望：一是后來者盡快完成望遠鏡的調(diào)整及試運行試觀測，這一點已經(jīng)順利完成;二是希望他們有運氣，能夠做出巨大的天文成就，這一點值得全人類期待。

關(guān)鍵詞： 中國創(chuàng)造 天眼