1月11日，當被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡通過國家驗收正式開放運行，成為全球大且靈敏的射電望遠鏡，也意味著人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃，眼界更加開闊。

2顆，11顆，43顆，93顆，102顆……從2017年10月“中國天眼”首次發(fā)現(xiàn)2顆脈沖星，到11日召開的國家驗收會上公布已發(fā)現(xiàn)102顆脈沖星，它兩年多來發(fā)現(xiàn)的脈沖星超過同期歐美多個脈沖星搜索團隊發(fā)現(xiàn)數(shù)量的總和。

大器晚成

問鼎射電望遠鏡之巔

驗收會上，中科院院士武向平等6位專家分別宣讀工藝驗收、電波環(huán)境保護等驗收意見，國家發(fā)改委高技術(shù)司副司長沈竹林宣布“中國天眼”各項指標均達到或優(yōu)于批復(fù)的驗收指標，主要性能指標達到國際領(lǐng)先水平，具備了開放運行條件。

國家天文臺研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬認為，通過國家驗收意味著“中國天眼”完成了工程師和科學家之間的交接棒，“火力全開”投入科學觀測，接下來兩三年內(nèi)將有一系列重要科學產(chǎn)出，同時進一步穩(wěn)定望遠鏡的性能。

“近代以來，中國天文學跟其他科學技術(shù)一樣，大大落后于率先完成工業(yè)革命的西方國家，很多先進的儀器見都沒見過。”國家天文臺研究員韓金林說。

以王綬琯、南仁東等為代表的中國一代、二代天文學家，努力縮小中國與世界先進水平的差距，擔起“趕潮兒”的責任。

從1994年開始選址和預(yù)研究，到2016年9月25日“中國天眼”落成啟用，南仁東率團隊用20多年幫助中國實現(xiàn)了追趕——建成了世界很大的射電望遠鏡。

目光如炬

摘星于百億光年之外

既然“中國天眼”3年前落成啟用了，為什么今天才驗收呢？從世界大到世界靈敏，正是“中國天眼”3年來一刻不停調(diào)試和試觀測的目標和成果。

靈敏度和分辨率是射電望遠鏡的兩大核心指標。由于星體距離地球十分遙遠，到達地球時能量微弱，靈敏度是科學家發(fā)現(xiàn)暗弱天體的能力，而要想進一步看清遙遠天體的真實面貌，就要依靠分辨率。

“靈敏度是‘硬’的指標，基本由望遠鏡的口徑限定死了。分辨率則可以通過多臺相對小的望遠鏡協(xié)同配合來提高。”國家天文臺副研究員錢磊介紹。

“開創(chuàng)了建造巨型射電望遠鏡的新模式，突破了傳統(tǒng)望遠鏡的工程極限，采用全新設(shè)計方案、口徑更大的‘中國天眼’，比國外同類望遠鏡的調(diào)試期更短，遠超國際慣例和同行預(yù)期。”姜鵬說。

姜鵬說，“天眼”的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是世界上跨度大、精度高、工作方式特殊的。要實現(xiàn)反射面變形，對抗疲勞性能的要求極高，現(xiàn)成的鋼索實驗中都斷了。如果這個材料和工藝層面的問題不解決，整個項目就要停滯。

回憶10年前的“索網(wǎng)攻關(guān)”，姜鵬記憶猶新：“我們進行了可能是有史以來系統(tǒng)、大規(guī)模的索疲勞試驗，經(jīng)過近百次失敗，終于研制出超高耐疲勞鋼索。”

一眼當先

大裝置牽引科技創(chuàng)新

北京大學科維理天文與天體物理研究所研究員李柯伽認為，天文學乃至物理學都是實驗科學，前人的理論研究走在了前面，后人的實驗驗證是關(guān)鍵，這就要用到大科學裝置。

“天天摸著望遠鏡做觀測的人，才能發(fā)現(xiàn)前沿的問題。”國家天文臺研究員韓金林說，過去中國缺少大望遠鏡設(shè)備，天文學家只能在某些領(lǐng)域從理論方面深挖，而現(xiàn)在則可以從觀測角度做出更多原創(chuàng)的、世界領(lǐng)先的成果。

從開工建設(shè)到國家驗收的短短9年間，收獲滿滿：

發(fā)表論文300余篇，其中SCI收錄80篇，EI收錄76篇。獲得一專利權(quán)人的授權(quán)專利69項，其中發(fā)明專利39項，實用新型專利30項；發(fā)現(xiàn)脈沖星優(yōu)質(zhì)候選體146顆，已證實發(fā)現(xiàn)的脈沖星102顆。與上海天文臺天馬望遠鏡成功實現(xiàn)聯(lián)合觀測，在國際甚長基線干涉測量中發(fā)揮重要作用。

據(jù)國家天文臺原臺長、“中國天眼”工程經(jīng)理嚴俊介紹，在建設(shè)階段，“中國天眼”獲得了鋼結(jié)構(gòu)、自動化產(chǎn)業(yè)、機械工業(yè)等10余個領(lǐng)域的國家大獎。

火眼金睛

向宇宙未知地帶探索

“通常認為，宇宙中大約70%是暗能量，26%是暗物質(zhì)，不到4%是重子物質(zhì)，只有不到1%是人類能看見的發(fā)光物質(zhì)。”李柯伽說，密度極高的脈沖星屬于重子物質(zhì)，而發(fā)光物質(zhì)只相當于“一瓶可樂中的一滴水”。

多位天文學家認為，至少在分米波波段射電天文學、脈沖星觀測研究領(lǐng)域，“中國天眼”很快就能世界領(lǐng)先。除了天文學觀測以及建造望遠鏡帶動的技術(shù)創(chuàng)新，它還將成為精確的物理規(guī)律驗證實驗平臺。

韓金林認為，“中國天眼”目前發(fā)現(xiàn)這么多脈沖星不值得驚訝，它至少再新發(fā)現(xiàn)千余顆脈沖星，把人類能看見的脈沖星庫規(guī)模拓展50%，才算小有成就。

在調(diào)試期間，“中國天眼”已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了從未被其他望遠鏡觀測到的脈沖星現(xiàn)象。國家天文臺研究員李菂領(lǐng)銜的一個脈沖星研究結(jié)果，對經(jīng)典的“旋轉(zhuǎn)木馬”輻射模型提出了挑戰(zhàn)。再如費米高能射電源，美國阿雷西博望遠鏡搜索未果，而“中國天眼”一次探測成功。

姜鵬說，借助“中國天眼”超高的靈敏度，國家天文臺已經(jīng)將脈沖星的計時精度提升至世界原有水平的50倍左右，這將有可能使人類首次具備極低頻的納赫茲引力波的探測能力。

本組文并圖/新華社

詳解“中國天眼”

大 反射面由4450個反射單元構(gòu)成，總面積為25萬平方米，相當于30個標準足球場那么。如果把它看成是一口盛滿水的鍋，容量夠全世界每個人分到4瓶水。

巧 30噸的饋源艙通過6根鋼索控制，可以在140米高空、206米的尺度范圍內(nèi)實時定位。

強 能看見更遙遠暗弱的天體，它1分鐘就能發(fā)現(xiàn)的星體，即使把坐標提供給百米口徑的射電望遠鏡，對方也要9分鐘才能看見。

精 500米的尺度上測量角度精確到8角秒，10毫米的定位精度要求高做到了3.8毫米。

——轉(zhuǎn)載自人民日報