中國“天眼”升級 ，巡天提速五倍

5月17日，“中國天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡正在安裝國際上首臺19波束L波段接收機(jī)，預(yù)計(jì)6月初投入使用。這臺目前國際上最為先進(jìn)的19波束饋源接收機(jī)，由中澳科學(xué)家聯(lián)合研制。啟用后，“天眼”巡天速度將提高5—6倍，同時(shí)，也將拓展更多的科學(xué)觀測目標(biāo)。

世界最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，又被形象的稱作中國“天眼”，位于貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼的喀斯特洼坑中，是由國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議確定的國家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，采用中國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)和我國貴州南部喀斯特洼地的獨(dú)特地形條件，建設(shè)的一個(gè)約30個(gè)足球場大小的高靈敏度巨型射電望遠(yuǎn)鏡?！疤煅邸惫こ逃芍鲃臃瓷涿嫦到y(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機(jī)與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成。

中國“天眼”有多大？沿著“天眼”的圈梁走一圈用時(shí)43分鐘?！疤煅邸钡摹把劭簟笔且蝗︿撹F結(jié)成的圈梁，登上圈梁往下看，巨大的天坑里，星羅棋布地排列著一個(gè)個(gè)“網(wǎng)結(jié)”?！疤煅邸钡娜α罕?0根6米到50米高低不等的鋼柱支在半空，周長約1.6公里?！疤煅邸笨趶接?00米，組成的球形反射面相當(dāng)于30個(gè)足球場大小。

1. “天眼”功能用途

“天眼”可把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。其應(yīng)用價(jià)值可以是為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘；診斷識別微弱的空間訊號，為國家安全服務(wù)；提供高分辨率和高效率的地面觀測；跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報(bào)。

“天眼”項(xiàng)目的科學(xué)意義非常重大。建設(shè)望遠(yuǎn)鏡是瞄準(zhǔn)21世紀(jì)的科學(xué)前沿，尋找暗物質(zhì)、暗能量。宇宙中有99%的質(zhì)量和能量知道它的存在，但不知道它的特性是什么?！疤煅邸辈粌H讓中國的天文學(xué)家為之振奮，全世界的天文學(xué)家也在緊盯著它——寄希望于這個(gè)最大的“天眼”或許能找到外星人，并解開宇宙起源之謎。

國家天文臺“天眼”工程技術(shù)人員介紹說，探聽地球之外的音訊，“天眼”的能力和其大小息息相關(guān)。簡單來說，眼睛越大，看得越遠(yuǎn)。尤其特殊的是，這只“天眼”并非“死眼”， “天眼”的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動自動變化，帶動索網(wǎng)上活動的4450個(gè)反射面板產(chǎn)生變化，足以觀測到更大天區(qū)的天體，同時(shí)，饋源艙也隨索網(wǎng)一同運(yùn)動，采集天體發(fā)射的無線電波。如同人類轉(zhuǎn)動自己的眼珠，調(diào)整視線的指向，遙遠(yuǎn)的太空對它來說將不存在方向上的死角。

中國“天眼”的視野有多遠(yuǎn)？據(jù)專家介紹，哪怕是遠(yuǎn)在百億光年外的射電信號，中國“天眼”也有可能捕捉到，還可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實(shí)現(xiàn)銀河系外第一個(gè)甲醇超脈澤的觀測突破；用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明等等。

2.“天眼”發(fā)展影響

國家天文臺副臺長、“天眼”工程常務(wù)副總指揮鄭曉年強(qiáng)調(diào)，“天眼”建成后，將有能力巡視宇宙中的中性氫、探測星際分子、觀測脈沖星、搜尋星際通訊信號?！疤煅邸弊鳛橐粋€(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺，能用一年時(shí)間發(fā)現(xiàn)約7000顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)；發(fā)現(xiàn)中子星——黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質(zhì)量；通過精確測定脈沖星到達(dá)時(shí)間來檢測引力波；作為最大的臺站加入國際甚長基線網(wǎng)，為天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)成像。

中國“天眼” 建成后，與號稱“地面最大的機(jī)器”德國埃菲爾斯伯格100米口徑望遠(yuǎn)鏡相比，其靈敏度能提高約10倍；與被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國阿雷西博300米口徑射電望遠(yuǎn)鏡相比，“天眼”的靈敏度是其2.25倍。

“天眼”工程由中科院國家天文臺主持，全國20余所大學(xué)和研究所的百余位科技骨干參加此項(xiàng)工作。2007年7月“天眼”項(xiàng)目正式立項(xiàng)。2011年3月25日，“天眼”工程正式開工建設(shè)。世界最大球面射電望遠(yuǎn)鏡于2016年9月25日竣工。

3. “天眼”升級，巡天提速

盡管之前使用的超寬帶單波束接收機(jī)觀測能力有限，“中國天眼”仍發(fā)現(xiàn)了14顆新脈沖星。新近發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星，再次凸顯了“中國天眼”在脈沖星搜尋上的巨大潛力。2015年，我國和澳大利亞簽訂合同進(jìn)行19波束接收機(jī)研制。歷經(jīng)1年多，經(jīng)中澳科學(xué)家聯(lián)手，成功研制出世界上第一臺19波束L波段接收機(jī)。這臺接收機(jī)重1.2噸，造價(jià)2000多萬元。

據(jù)“天眼”項(xiàng)目接收機(jī)系統(tǒng)總工程師金乘進(jìn)介紹，19波束L波段接收機(jī)靈敏度最高，正式投用后，“天眼”巡天效率將大幅提高，在脈沖星搜索和譜線觀測等方面，將發(fā)揮重大作用。安裝現(xiàn)場的澳大利亞CSIRO項(xiàng)目負(fù)責(zé)人道格拉斯·海曼說，19波束L波段接收機(jī)的成功研制，是基于CSIRO多年的技術(shù)積累。此前，世界上最先進(jìn)的13波束接收機(jī)，也是由CSIRO研制的。

隨著19波束L波段接收機(jī)的投入使用，“中國天眼”觀測時(shí)將會獲得射電源更精確的定位圖像，發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星，并能觀測宇宙中不同距離不同方向的中性氫1.4GHz譜線，以更好地探索宇宙歷史，甚至搜尋可能存在的外星文明。

從“天眼”副經(jīng)理兼辦公室主任張蜀新處了解到，目前，“天眼”已經(jīng)與中國電信貴州公司簽署合作協(xié)議，同時(shí)，位于貴州師范大學(xué)內(nèi)的“天眼”早期科學(xué)數(shù)據(jù)中心正在進(jìn)行擴(kuò)容。