中国天眼通过国家验收正式开放运行:已发现102颗脉冲星( 二 )
巧——30吨的馈源舱通过6根钢索控制,可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。
强——能看见更遥远暗弱的天体,它1分钟就能发现的星体,即使把坐标提供给百米口径的射电望远镜,对方也要9分钟才能看见。
精——500米的尺度上测量角度精确到8角秒,10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米。
“但这些设计、性能和精度不是理所当然的。”姜鹏说,“天眼”的索网结构,是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的。要实现反射面变形,对抗疲劳性能的要求极高,现成的钢索实验中都断了。如果这个材料和工艺层面的问题不解决,整个项目就要停滞。
回忆10年前的“索网攻关”,姜鹏记忆犹新:“我们进行了可能是有史以来最系统、最大规模的索疲劳试验,经过近百次失败,终于研制出超高耐疲劳钢索,在200万次循环加载条件下可达500MPa应力幅,国际上尚无先例。”
实际上,整个团队各个子系统的研制过程,几乎都是如履薄冰。从26年前以南仁东为代表的几位科学家,发展到今天100人左右、平均年龄35岁、能独立自主设计建造大型射电望远镜和同类天线的队伍,前后4代科研工作者前赴后继、扎根深山,不负当代天文学“弄潮儿”。
一眼当先,大装置牵引科技创新
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科学技术进步的速度,从过去以万年、千年、百年为尺度,已经变成现在的十年、一年,甚至日新月异。但对物理学、天文学来说,似乎还在啃量子力学和相对论的老本。
重大突破,科研仪器先行。北京大学科维理天文与天体物理研究所研究员李柯伽认为,天文学乃至物理学都是实验科学,前人的理论研究走在了前面,后人的实验验证是关键,这就必须用到大科学装置。
“处在发展上升阶段的学科,谁在提出问题,谁就掌握发展动向,如果没有大装置做实验,就提不出问题,只能跟在别人后面解决问题。”李柯伽说,边界尚未知晓的天文学,无疑是发展中的学科。
“天天摸着望远镜做观测的人,才能发现前沿的问题。”韩金林说,过去中国缺少大望远镜设备,天文学家只能在某些领域从理论方面深挖,而现在则可以从观测角度做出更多原创的、世界领先的成果。
从开工建设到国家验收的短短9年间,收获满满:
发表论文300余篇,其中SCI收录80篇,EI收录76篇。获得第一专利权人的授权专利69项,其中发明专利39项,实用新型专利30项;
发现脉冲星优质候选体146颗,已证实发现的脉冲星102颗。与上海天文台天马望远镜成功实现联合观测,在国际甚长基线干涉测量中发挥重要作用;
……
据国家天文台原台长、“中国天眼”工程经理严俊介绍,在建设阶段,“中国天眼”获得了钢结构、自动化产业、机械工业、创新设计、测绘地理信息技术、电磁兼容研发、建设工程等10余个领域的国家大奖。
目前,“中国天眼”已成立科学委员会和时间分配委员会,将统筹望远镜运行相关战略规划、凝练科学方向、项目遴选、数据公开等工作,更好地发挥其科学效能,促进重大科学成果产出。将来围绕“中国天眼”建设的引力波探测研究、射电天文大数据等科技中心,还将发挥辐射、引领及推动作用,成为重要的人才培养基地。
火眼金睛,向宇宙未知地带探索
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“目前通常认为,宇宙中大约70%是暗能量,26%是暗物质,不到4%是重子物质,只有不到1%是人类能看见的发光物质。”李柯伽说,密度极高的脉冲星属于重子物质,而发光物质只相当于“一瓶可乐中的一滴水”。
多位天文学家都认为,至少在分米波波段射电天文学、脉冲星观测研究领域,“中国天眼”很快就能世界领先。除了天文学观测以及建造望远镜带动的技术创新,它还将成为最精确的物理规律验证实验平台。
美国国家科学院院士、伯克利大学射电实验室主任卡尔·海尔斯教授认为,“中国天眼”比美国阿雷西博望远镜更加灵敏,覆盖更大天区,且拥有19波束的接收机,在脉冲星搜寻、观测星际云等天文学领域拥有革命的机遇。
韩金林认为,“中国天眼”目前发现这么多脉冲星不值得惊讶,它至少再新发现千余颗脉冲星,把人类能看见的脉冲星库规模拓展50%,才算小有成就。
在调试期间,“中国天眼”已经发现了从未被其他望远镜观测到的脉冲星现象。国家天文台研究员李菂领衔的一个脉冲星研究结果,对经典的“旋转木马”辐射模型提出了挑战。再如费米高能射电源,美国阿雷西博望远镜搜索未果,而“中国天眼”一次探测成功。
姜鹏说,借助“中国天眼”超高的灵敏度,国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右,这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。
正因为已知太少,才点燃了人类向宇宙未知地带探索的梦想。
敢当“梦潮儿”的中国科学家希望,借助“中国天眼”进行银河系及周边的星际介质巡天,全面更新脉冲星和近邻宇宙的气体分布图像。一旦它发现重要特殊意义的天体,意味着发现全新的未知世界,系统地拓展人类的宇宙视野。
星辰大海,才是他们的征途。
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