超激动!我听见了1.6万光年外的声音...

摘要: 2017年10月10号,国家天文台宣布,经过一年紧张调试,坐落在贵州群山之中的“中国天眼”FAST “听见”了来自宇宙2颗脉冲星的声音。

12-11 04:07 首页 央视财经

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2017年10月10号,国家天文台宣布,经过一年紧张调试,坐落在贵州群山之中的“中国天眼”FAST “听见”了来自宇宙2颗脉冲星的声音。尽管这段神秘“天籁之音”只有短短30秒,但却蕴含着等待破解的宇宙之谜。FAST 超乎寻常的表现一举实现了中国在脉冲星发现领域“零的突破”,为世界射电天文学发展作出了突出贡献。



天眼成功 可视宇宙边缘将揭开面纱


这些被专业网站和天文爱好者争相转载的声音,有的来自1.6万光年以外,有的来自4100光年以外,都是FAST望远镜的最新观测成果。


只闻其声,不见其人。目前的资料中,我们还无法获取这两颗脉冲星的清晰照片,所知的只有大致位置。这张光学波段整个天空的照片中,正中央就是银河中心,白色圆圈指示的就是此次发现的J1859—0131在银河中大致的位置,大约距地球1.6万光年;黄圈是另外一颗脉冲星J1931—01的位置,距地球约4100光年。



脉冲星是高速自转着的中子星,大多质量比太阳还要重,周长却不足北京市六环路的长度,被誉为宇宙最神秘天体,诺贝尔奖两度授予与脉冲星有关的发现。中国天眼此次发现脉冲星的重要的价值和意义不言而喻,除此之外,脉冲星因为其自转周期精确,是宇宙中最精准的时钟,将来也会影响到我们的生活。而FAST此次发现的这两个脉冲星就像两个停不下来的陀螺,一颗自转周期1.83秒,另一颗自转周期为0.59秒。


FAST工程副总工程师李菂表示:“脉冲星导航是一直被研究的一个前沿的应用型课题,为将来的有可能的深空导航提供了一个基础的数据。”


这两颗脉冲星分别于2017年8月22日和25日被发现,其中前者是FAST确认发现的第一颗脉冲星,距离地球1.6万光年,发现它时,FAST望远镜只用了52.4秒。



实际上在FAST望远镜的调试观测阶段,已经有两颗脉冲星被发现并通过国际认证,而目前FAST已经探测到了数十个优质脉冲星的侯选体。2017年9月25号,也就是FAST一周岁那天,中国科学家就曾首次公布一段来自宇宙深处的神秘声音,这是一段被探测到的脉冲信号,我们接下来听到的声音,就是科学家将其放大并配乐的效果,像是人类和宇宙一次超越千年的唱和。 


目前FAST还是用的单波束接收机,简单说就是一次只能看一个目标,但是不久的将来。它会安装上19波束接收机,未来有希望找到4000颗脉冲星。



李菂表示:“FAST现在最重要的任务还是进行进一步的调试,要全部达到设计指标,预计应该是两年之内。”


在FAST之前,我国天文界面临核心技术被国外封锁、设备严重落后于人的窘境。新建成的FAST与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高了约10倍;与被评为“人类20世纪十大工程之首”的美国阿雷西博射电望远镜相比,FAST的综合性能也提高了约2.5倍。它将帮助人们探索百亿光年以外星际间的互动信息。这个500米口径的大工程,带给我们的将是超强的灵敏度,不仅可以将我国的空间测控能力从月球轨道延伸到太阳系的边缘,而且可以捕捉到百亿光年外来自宇宙爆炸时的神秘信息,将人类的探测能力提升到前所未有的高度。


“中国天眼”拥有四大绝技


独门绝技一,大口径看得远。FAST的口径达到了世界之最500米。理论上说FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于可视宇宙的边缘。


独门绝技二,灵活自如的巨眼。如果把FAST比作一只巨大的眼睛,那么这只巨眼的眼球直径就有500米,而负责接收光线的眼珠直径就有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空。


独门绝技三,毫米精度。FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在药片大小的空间里,否则,就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构,处处都是头发丝般毫米级的精度要求。用来编织索网的7000多根手臂般粗细的钢缆,每一根的加工精度都被控制在1毫米以内,最终的500米口径的天线精度是3个毫米,每一块小面板的制造精度是1.5个毫米。


独门绝技四,深空猎手。FAST能够冲出银河系,寻找新星,特别是快速旋转、密度极高的脉冲星。FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动,掌握星系之间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化。



平方公里列阵射电望远镜组织SKA总干事菲利普·戴蒙德表示:“我和世界上很多科学家都非常期待FAST开始观测宇宙中不同的星体。它将有能力观测到宇宙大爆炸时期的信号,探测能力几乎能够接近到整个宇宙起源。它将发现我们从未见过的事物。”


23年仰望星空 他为中国天眼鞠躬尽瘁


建成一年来,FAST一直仰望着宇宙苍穹,数据显示,近半年的时间FAST已经发现了将近20颗脉冲星的候选体,其中最远的一颗距离地球距离差不多是2万光年左右。FAST的建设和投入使用取得丰硕成果,把中国射电天文学推向世界最前沿,开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的新阶段。此时此刻,我们都不应该忘记一个人,他于2017年9月15号离开了我们。23年前,他提出了建设“天眼”的构想,23年来,他兢兢业业、默默奉献最终将梦想变成了现实,他就是FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东。


FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东表示:“人类之所以脱颖而出,从低等的生物演化成现代出现了文明,就是有一种对未知探索的精神。”



南仁东,1968年毕业于清华大学无线电系,毕业后当过工人做过管理,但当他踏入天文学领域便大放光芒。2006年在他缺席会议的情况下,被世界各国的天文学家推选为国际天文学会射电专业部主席。


上世纪80年代,身为中科院研究员的南仁东留学海外,接触到了国际天文学最新的研究成果。当他看到其它国家远超我国的天文设备时,南仁东萌生了研究中国人自己的望远镜的想法。从此,南仁东便开启了一段22年仰望星空的浪漫冒险。


天眼建设,每一步都是难关。从1994年开始,南仁东和他的团队开始了漫长的选址工作。由于世界上从未有先例,一切都要从头开始,光选址与研究就花费了13年的时间。


南仁东表示:“地图我们拿来照看,一片一片铺在上面找,不能漏掉。”



由于射电望远镜不能受到无线电波干扰,经过严谨的科学研究,南仁东把目光转向人迹罕至的深山老林,打算利用喀斯特洼地建设巨型球面望远镜。在观察了上千张卫星地图,实地考察了上百个地区之后,南仁东的目光最终落在了贵州省平塘县一个天然的深坑上。


南仁东表示:“我们的FAST台址大窝凼洼坑,是我们从300多个候选洼地里挑选出来的。对地形、地貌、工程、地质、水文都做了多学科的探讨,我们选到了一个地球上独一无二的最适合FAST建设的台址。”


作为国家重大科学基础工程之一,FAST的建设面对着一系列工程难题。2011年3月,FAST工程正式开工建设,一项项看似无解的技术难题接踵而至。巨大的望远镜无法整体移动,南仁东等科学家以及创新团队想出了一个新办法,通过移动这些反射面板来调整观测区域,但这也意味着支撑和调整这些反射面板活动的钢索要承载巨大的耐疲劳考验,耐疲劳性能必须达到规范值的两倍。



由南仁东带领的FAST团队,是一支包括着国内几十家科研院所、大专院校、工程企业和100多位科学家组成的数千人庞大队伍,在这条探索的道路上他们不断突破,不断创新。虽然当时世界上没有任何一个国家能够生产出这种钢索。但历时一年半的探索,科研人员终于完成了技术攻关。钢索的研发成功促进了12项自主创新专利成果的形成,世界跨度最大,精度最高的索网结构,在FAST工程上得以成功运用。


南仁东表示:“我不是一个战略大师,我是一个战术性的老工人。”



天眼施工,涉及到六大系统,方方面面的事务纷繁复杂。南仁东事无巨细地把控着现场,对施工细节提出了严苛的要求。天眼的四周有一圈石头砌的墙,承担天眼建设的中建二局的工程技术人员,在石墙上安装天眼的环形桥架时,深深感受到了南仁东的严谨。


中建二局FAST项目经理王培全表示:“石墙垒起来有一个缝,这样它是不规则的,有部分的膨胀螺丝有打在石头上,有打在缝里的,将来我们的桥架安装的时候,一连就是整体的,这个桥架问题是不大。但是南老师当时说你这不行,必须要给我返工。我当时心里是很抵触的,因为毕竟我这么搭起来的,前面做的支架和现场做工效要减一半,比如说以前是一天能做十个,现在一天只能做五个。”


在南仁东的坚持下,施工方只好花费更多时间,对桥架进行返工。新建的桥架更加牢固,也让施工方对南仁东更加佩服。


在这位老工人20多年的漫长守护下,2016年7月3日,全球的目光都聚焦在贵州平塘县的大山里。人类历史上最大的射电望远镜FAST,完成了最后一块反射面板的吊装。



早上10:47分,重460公斤的最后一块反射面单元被缓缓吊起。从塔吊到转运机车,转运机车再将反射面单元转交给缆索吊,反射面单元要在空中完成两次接力,在工人们紧密配合下,最后一块反射面单元稳稳地吊送到安装点。


FAST工程网络工程师杨清亮表示:“现在我们在望远镜底部,看到的反射面它实际上浮在半空中的,因为每块反射面板大约50平方米,所以当时我们其实想过很多的吊装方案,甚至包括热气球的吊装,像这种大跨度高精度的吊装方案,在全球来说,也是没有先例可循的。”


安装完反射面板,调试馈源舱的工作被摆上台面。FAST要接受来自宇宙的电波,而实现这个目标不仅依靠巨大的反射面,还需要一个灵敏的核心部件就是馈源仓。


如果说FAST是观天巨眼,那馈源舱就是它的瞳孔。姜鹏将带领团队执行天眼落成后最重要的馈源舱调试任务。用六根钢索拉起馈源舱,将重达30吨的舱体,在高空精准定位,误差不超过10毫米,这样的工程难度世界上前所未有。


FAST工程调试核心组组长姜鹏表示:“因为这个设备是从来没有人干过的,这么做过的事情,它也没有什么可参考的经验,在你真正实现前,也没有人敢给你这个答案。”


舱索联动,馈源舱终于实现毫米级高精度定位。


姜鹏表示:“有很多当时觉得不可能实现的东西,正一步步在实现,我觉得这个是蛮有自豪感的。”


作为强大的探测无线电波工具,FAST建成后主要目标之一就是探测脉冲星,射电望远镜诞生至今,人类发现约2500颗脉冲星全部位于银河系内,而中国大射电望远镜希望依靠其超群的灵敏度,搜寻银河外星系的脉冲星,从中遴选出脉冲信号稳定的毫秒级脉冲星,应用于空间飞行器导航领域。



此外,外星文明是否真的存在,宇宙还有哪些巨大的奥秘不为人知,种种的科学幻想FAST都将努力去探寻答案。


中科院国家天文台副研究员钱磊表示:“FAST最终目标是寻找宇宙的规律,就是天体的运行规律以及天体形成演化的规律。从原理上来说,如果存在外星文明的话,它发出的通信讯号的话在我们看起来应该很类似于脉冲星到达我们的时候接收到的信号。”


合抱之木,生于毫末;九层之台,起于累土。举一国之力,为未来打下坚实的根基,这是中国独有的创新优势。


原国家天文台副台长郑晓年表示:“这种有创新的东西,反映一个国家的综合实力,我一直在说,FAST只有中国人能建成,因为我们可以举国体制办大事情。”


在无数工作者辛劳的付出下,2016年9月25日,FAST工程整体竣工。可在最终的成功来临之前,天眼之父南仁东却累坏了身体,被诊断为肺癌晚期。


中建二局FAST项目经理王培全表示:“2014年的时候,南老师那个时候精神还蛮好的,经常在山峰上看我们的布置的管道,铺的电缆。包括老人家岁数大了我们的扶他还不行,我可以自己走的,声音很洪亮的,精神状态也很好,干劲很足。但是到了2016年,再见到他的时候,那个时候感觉他就是声音比较沙哑了,没有以前那种精气神。”



作为FAST的总工程师兼首席科学家,南仁东将全身心倾注于超级天眼中。即便身患重病,仍然屡屡坚持到现场查看施工情况。


FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东表示:“这个东西有一点瑕疵,我们对不起国家,对不起人民。”


南仁东为FAST的诞生奉献了自己的全部力量。在FAST的新起点上,更多的科研工作者们延续着南仁东的足迹,在探索宇宙与未来的征途上砥砺前行。


半小时观察:强化基础科学研究 助力创新型国家建设


十九大报告提出,要加快建设创新型国家。实现这一目标,要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究。许多基础科学研究成果,看似实用价值不大,但殊不知,就如同万有引力定律、相对论一样,许多基础科学研究成果将颠覆人类对自然的已有认知,改变、推动人类社会前行的脚步。


天文学是孕育重大原创发现的基础科学和前沿科学,是科技进步的基石。作为由中国科学家设计、研发制造、组织施工的大科学装置,FAST的综合设计、建造体现了我国强大的自主创新能力。它的落成启用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

厉害了 我的国!

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来源:央视财经《经济半小时》

本文编辑:于典(实习)


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