“中國天眼”捕獲宇宙“脈沖” 名副其實(shí)天籟之音

　　它時(shí)強時(shí)弱、若隱若現，仿佛穿越亙古蠻荒而來(lái);它源自茫茫宇宙深處，是名副其實(shí)的“天籟之音”。它就是根據脈沖星信號振幅轉換為聲音后制作的一段音樂(lè )，蘊含著(zhù)等待破解的宇宙之謎，深邃而神秘。這段神秘“天籟之音”只有短短30秒，卻是貴州平塘國際天文體驗館的“鎮館之寶”，而捕捉到脈沖星信號、探測其振幅的是“中國天眼”即500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，它就坐落在平塘一個(gè)被稱(chēng)作“大窩凼”的喀斯特地貌巨型洼坑中。

　　位于貴州平塘的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)

　　實(shí)現“零”的突破

　　FAST是具有中國自主知識產(chǎn)權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。2016年9月，FAST建成并開(kāi)始接收來(lái)自宇宙深處的電磁波，進(jìn)入試運行、調試階段。一年來(lái)，FAST不知疲倦地掃描巡天，敏銳地捕捉各類(lèi)信號，取得振奮人心的發(fā)現。10月10日，FAST團隊在京舉行發(fā)布會(huì )表示，“中國天眼”探測到優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體達數十個(gè)，其中目前已通過(guò)系統認證的脈沖星達6顆。

　　中國科學(xué)院國家天文臺在發(fā)布會(huì )上公布了其中兩顆脈沖星的具體信息。一顆自轉周期為1.83秒，距離地球約1.6萬(wàn)光年;另一顆自轉周期為0.59秒，距離地球約4100光年。它們分別由FAST于今年8月22日、25日通過(guò)漂移掃描發(fā)現的。

　　FAST超乎尋常的表現一舉實(shí)現了中國在脈沖星發(fā)現領(lǐng)域“零的突破”，為世界射電天文學(xué)發(fā)展作出了突出貢獻。國際天文學(xué)界因此把更多關(guān)注的目光投向中國。正如國際知名的澳大利亞帕克斯64米射電望遠鏡科學(xué)主管喬治?霍布斯所說(shuō)的那樣，“中國天眼”的調試以及逐漸產(chǎn)出成果是目前國際天文學(xué)界最激動(dòng)人心的事件之一。

　　1967年，英國人喬斯琳?貝爾發(fā)現了新型天體脈沖星，該項發(fā)現后來(lái)獲得了諾貝爾物理獎。至今，被人類(lèi)發(fā)現的脈沖星至少有2700顆。研究表明，這類(lèi)天體是一種高速自轉的中子星，由恒星演化和超新星爆發(fā)產(chǎn)生。其密度極高，每立方厘米重達上億噸，一塊方糖大小就相當于地球上一萬(wàn)艘萬(wàn)噸巨輪的重量。脈沖星的自轉周期極其穩定，其穩定度比目前最穩定的氫原子鐘還要高1萬(wàn)倍以上，被譽(yù)為自然界中最穩定的天文時(shí)鐘，而精準的時(shí)鐘信號是為航天器導航的必要前提，因而脈沖星也被稱(chēng)作人類(lèi)星際航行的“燈塔”。此外，由于脈沖星是在?？s的超新星的殘骸中發(fā)現的，對它們的觀(guān)察研究有助于人類(lèi)了解星體?？s，揭示宇宙誕生和演變的奧秘。

　　20余載成就巡天重器

　　FAST調試階段首批成果發(fā)布會(huì )專(zhuān)門(mén)舉行了默哀儀式，表達對FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東的哀思。就在約1個(gè)月前，FAST即將迎來(lái)落成一周年之際，他卻溘然長(cháng)逝，令人不勝唏噓。為FAST工程的立項、建設和調試工作，南仁東帶領(lǐng)團隊艱苦奮斗20余載，而他也因對該工程的卓越貢獻，被譽(yù)為“中國天眼之父”。

　　1993年，在東京召開(kāi)的國際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì )上，包括中國在內的10國天文學(xué)家提出建造新一代射電“大望遠鏡”。第二年，時(shí)任北京天文學(xué)會(huì )理事長(cháng)的南仁東參與撰寫(xiě)并發(fā)表了《大射電望遠鏡國際合作計劃建議書(shū)》，并提出利用喀斯特洼地作為望遠鏡臺址，建設巨型球面望遠鏡。在貴州省喀斯特地形地區選址工作之后啟動(dòng)。他出任首席科學(xué)家兼總工程師，主持完成FAST的立項、可行性研究及初步設計工作，主編科學(xué)目標，指導各項關(guān)鍵技術(shù)的研究及其模型試驗。

　　2011年3月，FAST在貴州省平塘縣“大窩凼”洼地開(kāi)工建設。2015年2月4日，FAST安裝了最后一根鋼索，索網(wǎng)制造和安裝工程結束。這意味著(zhù)工程支撐框架建設完成，進(jìn)入了反射面面板拼裝階段。2015年11月21日，FAST饋源支撐系統進(jìn)行首次升艙試驗，6根鋼索拖動(dòng)饋源艙提升108米，并進(jìn)行功能性測試。2016年7月3日，FAST最后一塊反射面單元成功吊裝，主體工程完工。兩個(gè)多月后，FAST落成并啟用。

　　由于設計和結構均無(wú)先例可循，FAST不僅在建設階段遭遇重重困難，在調試階段也是如此。據FAST副總工程師李菂介紹，由于調試期間只能用“漂移掃描”方式進(jìn)行在脈沖星搜索，所以科研人員不得不重新設計相關(guān)軟件，而在數據處理上也要花費更多時(shí)間和精力。FAST總工藝師王啟明透露說(shuō)，團隊在各分系統聯(lián)調階段遭遇分系統間通信、算法的統一、安全協(xié)調等一系列問(wèn)題，通過(guò)集中商討、反復嘗試、白天黑夜連軸轉等高負荷、高強度勞動(dòng)，逐個(gè)攻關(guān)成功。正是憑著(zhù)這種拼搏勁頭，FAST在短短一年調試期間就收獲頗豐。

　　服務(wù)全球科學(xué)家

　　FAST初戰告捷，接下來(lái)的兩年，將繼續開(kāi)展調試工作，而搜尋和發(fā)現射電脈沖星仍是其核心科學(xué)目標。一方面，FAST繼續在銀河系進(jìn)行掃描探測，發(fā)現更多信號暗弱、易被人造電磁干擾淹沒(méi)的脈沖星。隨著(zhù)調試工作的進(jìn)展，其性能有望進(jìn)一步提升，它將有希望發(fā)現更多守時(shí)精準的毫秒脈沖星，對脈沖星計時(shí)陣和探測引力波做出原創(chuàng )性貢獻。另一方面，FAST將把觀(guān)測范圍向銀河系外拓展。據悉，相關(guān)團隊已經(jīng)在為觀(guān)測河外星系脈沖星做技術(shù)上的準備，最早于2018年初開(kāi)始進(jìn)行觀(guān)測嘗試。

　　FAST的建設和投入使用取得豐碩成果，把中國射電天文學(xué)推向世界最前沿，開(kāi)啟了中國射電波段大科學(xué)裝置系統產(chǎn)生原創(chuàng )發(fā)現的新階段?！肮び破涫?，必先利其器?！边@突出成就昭示我們，在當今全球科技競爭空前激烈的新背景下，重大的科學(xué)突破離不開(kāi)科研儀器的進(jìn)步。近年來(lái)，中國在天文學(xué)領(lǐng)域持續發(fā)力，陸續建成了一批世界領(lǐng)先的高性能天文望遠鏡，形成了凝視太空的中國望遠鏡陣。

　　今年6月中旬，中國發(fā)射了硬X射線(xiàn)調制望遠鏡。這是一臺已知計劃中世界最高靈敏度和最強空間分辨本領(lǐng)的空間硬X射線(xiàn)望遠鏡，它實(shí)現了空間硬X射線(xiàn)高分辨巡天，發(fā)現大批高能天體和天體高能輻射新現象，并對黑洞、中子星等重要天體進(jìn)行高靈敏度定向觀(guān)測。

　　2012年10月低，亞洲最大的全方位可轉動(dòng)射電望遠鏡在上海天文臺正式落成。該望遠鏡能夠觀(guān)測100多億光年以外的天體。此外，中國還建成世界上口徑最大的大視場(chǎng)望遠鏡——郭守敬望遠鏡、搭建南極準空間天文觀(guān)測平臺。

　　特別值得一提的是，上述中國著(zhù)力打造的具有世界先進(jìn)水平的天文望遠鏡設備將堅定奉行對外開(kāi)放的原則，貢獻給全球科學(xué)家使用。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，中國在天文學(xué)領(lǐng)域奮進(jìn)的的歷程，也同時(shí)開(kāi)啟了世界科學(xué)家用中國原創(chuàng )的天文設備探索宇宙奧秘、推進(jìn)人類(lèi)認知的新時(shí)代。