2016年9月25日：“中國(guó)天眼”落成啟用的那一刻

2016年9月25日，中國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）在貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)的大窩凼落成啟用。FAST的意義正如習(xí)近平總書記為此發(fā)來的賀信中所指出的：天文學(xué)是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的前沿科學(xué)，也是推動(dòng)科技進(jìn)步和創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡被譽(yù)為“中國(guó)天眼”，是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。它的落成啟用，對(duì)我國(guó)在科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展具有重要意義。

FAST借助一個(gè)天然的圓形巖溶坑建造，主體是一面巨大的反射鏡，由4000多塊反射面單元拼裝而成，其邊框?yàn)橹荛L(zhǎng)1.5千米的環(huán)形鋼梁，6000多根鋼索依托鋼梁懸垂交錯(cuò)，編織成一張可移動(dòng)變化的網(wǎng)，用以支撐FAST巨大的反射鏡。這個(gè)反射鏡的總面積約25萬平方米，相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的總和。

從1994年我國(guó)天文學(xué)家南仁東提出構(gòu)想到FAST最終建成，經(jīng)歷了22年時(shí)間。單單為FAST這口“大鍋”找到一個(gè)合適的安放地點(diǎn)，科學(xué)家前前后后就花了十多年的時(shí)間，最終定點(diǎn)在大窩凼—一處天然喀斯特洼地。FAST工程2011年3月正式開工后，在圈梁鋼結(jié)構(gòu)安裝、索網(wǎng)制造與安裝、饋源塔制造與安裝、饋源艙安裝調(diào)試、綜合布線等工程建設(shè)過程中，技術(shù)和施工人員攻堅(jiān)克難，創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)工程上的亮點(diǎn)和奇跡。

FAST索網(wǎng)是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。其技術(shù)難度不言而喻，需要攻克的技術(shù)難題貫穿索網(wǎng)的設(shè)計(jì)、制造及安裝全過程。僅以高應(yīng)力幅鋼索研制為例，F(xiàn)AST工程對(duì)拉索疲勞性能的要求相當(dāng)于規(guī)范規(guī)定值的兩倍，國(guó)內(nèi)外均沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)或資料作為參考。其研制工作經(jīng)歷了反復(fù)的“失敗—認(rèn)識(shí)—修改—完善”過程，最終歷時(shí)一年半時(shí)間才完成技術(shù)攻關(guān)，最終成功地在FAST工程上得到應(yīng)用。隨著索網(wǎng)諸多技術(shù)難題的不斷攻克，形成了12項(xiàng)自主創(chuàng)新性的專利成果，其中發(fā)明專利7項(xiàng)，這些成果對(duì)我國(guó)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)工程水平起到了巨大的提升作用，也將應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他領(lǐng)域。

FAST最令人驚嘆的奇跡自然就是它的靈敏度了，它能探測(cè)百億光年之外的射電信號(hào)，能精確探測(cè)宇宙中的物質(zhì)成分。構(gòu)成FAST球面的幾千面主動(dòng)反射單元，每個(gè)單元都可進(jìn)行對(duì)焦，因此靈敏度相當(dāng)于美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的兩倍多，巡天速度是它的10倍，而且由于可以轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠掃描更廣闊的天空。這些獨(dú)到之處，使FAST成為目前世界單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的“霸主”，并將在未來一二十年保持世界一流的地位。

2016年9月25日，F(xiàn)AST落成啟用，開始接收來自宇宙深處的電磁波。僅僅一年之后，就交出了首張“成績(jī)單”，使得中國(guó)望遠(yuǎn)鏡在尋找新脈沖星的競(jìng)技場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)“零的突破”。FAST探測(cè)到數(shù)十顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，有兩顆通過國(guó)際認(rèn)證。其中首顆被認(rèn)證的新脈沖星，就是中國(guó)射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的第一顆新脈沖星。自那以后，F(xiàn)AST已經(jīng)找到55顆被證實(shí)為新發(fā)現(xiàn)的脈沖星。更值得一提的是，2018年2月27日，F(xiàn)AST通過跟蹤伽馬射線點(diǎn)源，首次發(fā)現(xiàn)了一顆毫秒脈沖星，然后又通過FAST與費(fèi)米伽馬射線衛(wèi)星大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的國(guó)際合作證實(shí)了此次新發(fā)現(xiàn)。同年4月18日，F(xiàn)AST首次發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星得到國(guó)際認(rèn)證。

搜尋和監(jiān)測(cè)射電脈沖星是FAST的核心科學(xué)目標(biāo)。銀河系中有大量脈沖星，但由于其信號(hào)暗弱，易被人造電磁信號(hào)干擾淹沒，目前只觀測(cè)到它們中的一小部分。具有極高靈敏度的FAST望遠(yuǎn)鏡是發(fā)現(xiàn)脈沖星的理想設(shè)備。

因發(fā)射周期性脈沖信號(hào)而得名的脈沖星，其本質(zhì)是由恒星演化和超新星爆發(fā)而產(chǎn)生的中子星。研究脈沖星，可以加深我們對(duì)于自然界當(dāng)中引力、強(qiáng)力等基本相互作用的理解，并且脈沖星也是探測(cè)宇宙極低頻引力波的工具。尤其是那些周期又短又穩(wěn)定的毫秒脈沖星，穩(wěn)定度比目前的氫原子鐘還要高萬倍以上，被譽(yù)為自然界中最穩(wěn)定的天文時(shí)鐘。精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)是為航天器導(dǎo)航的必要前提，因而毫秒脈沖星也被稱作人類星際航行的“燈塔”。毫秒脈沖星也正是FAST重點(diǎn)搜尋的對(duì)象。

此外，科學(xué)家還期待通過強(qiáng)大的FAST觀測(cè)到一些難得一見的脈沖星“珍品”，比如雙星系統(tǒng)里的脈沖星。對(duì)單個(gè)脈沖星而言，測(cè)定其質(zhì)量很困難，但在雙星系統(tǒng)里，就能利用軌道等信息測(cè)定其質(zhì)量。還有，迄今發(fā)現(xiàn)的脈沖星都存在于銀河系之內(nèi)，銀河系之外的其他星系是否也有脈沖星？它們又有什么特別之處呢？FAST有能力在河外星系中尋找脈沖星，為我們解開這個(gè)謎團(tuán)。憑借FAST強(qiáng)大的尋星能力，能為我們建立一個(gè)脈沖星計(jì)時(shí)陣，為脈沖星自主導(dǎo)航和引力波探測(cè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

不只是尋找脈沖星，F(xiàn)AST還將探尋早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的輻射。中性氫云團(tuán)是宇宙中未被引力塌縮成恒星的氫原子氣體，通過觀測(cè)中性氫輻射，能獲知星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié)，還可能發(fā)現(xiàn)早期宇宙中剛剛形成的氫原子的分布狀態(tài)，幫助科學(xué)家更精確地描繪出早期宇宙的圖景。

FAST還是人們研究類星體、黑洞之謎的有力武器，搜尋系外宜居環(huán)境以及潛在智慧生命的重要設(shè)施。借助這個(gè)超級(jí)“天眼”，人類的視線可以延伸到宇宙深處，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知能力也將不斷被帶向新的高度。

（本刊記者）

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