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“中国天眼”创造“中国速度”

《“中国天眼FAST”为什么fast?》,这是3月13日,国家天文台微信公众号推送的一篇文章,详细介绍了“中国天眼”在工程建设、系统调试、测试成果等方面的惊人速度。

文章作者是原国家天文台台长、FAST工程经理部经理严俊和国家天文台天体物理在读博士王珅。文章中说,FAST快在工程建设没有延期一天,快在调试阶段就开始系统发现新脉冲星,快在调试阶段就已经开始进行科学研究开展巡天观测,快在计划今年就通过国家验收,转入常规观测与维护,开放设施与数据。

截至目前,FAST已经发现了80余颗脉冲星候选体。

●上百国际项目排队申请合作

“中国天眼”位于黔南州平塘县,正式名称是500米口径球面射电望远镜,比美国最大口径、305米的阿雷西博射电望远镜综合性能提高约10倍。

我们为什么需要大科学装置研究天文?严俊和王珅在文章中说,天文学的每一次重大突破都会在“不经意间”对整个基础学科乃至人类文明的进程带来巨大推动,而大科学装置带来的科技进步及影响很难用普通眼光来估计。

比如,对太阳黑子爆发活动的观测预报关乎发电厂和电网设备的安全;对空间碎片的监测预警关乎在轨卫星的安全。“试想一下,如果没有长期细致的观测记录、精准快速的计算模型,哪怕只是短暂发生的太阳风暴和极小的空间碎片,都会造成电网中断、卫星失灵,给国民的生产生活带来不可估量的损失。”

有意思的是,它的英文名称(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)首字母缩写为FAST,和“快”的英文单词fast正好巧合。

从建设来看,国家批准FAST工程建设周期为5.5年,从2011年3月5日开工报告批复之日起,到2016年9月25日如期竣工,不多不少。而调试速度和试观测成果的表现,无疑是FAST又快又好的最好说明。

从调试来看,通常大型望远镜的调试期一般超过4年。“美国绿岸GBT望远镜(100米)花了6年,意大利SRT望远镜(64米)超过5年,而中国天眼计划的调试期只有3年。”

还在校准过程中,中国天文学家就争分夺秒展开科学观测。望远镜还不能移动,就采用漂移扫描的方式,让地球自转带着“中国天眼”巡天。建成不到一年,就建立精确的跟踪观测模式,通过与其他望远镜的观测结果对比,验证了“中国天眼”的超高灵敏度和效率。

这归功于国家天文台脉冲星搜索团队的提前准备。竣工前一年,团队就开始集中处理澳大利亚帕克斯(Parkes)望远镜的公开数据,对团队成员进行相应的观测及数据处理训练,并开发创新搜索软件和数据库。当开始调试时,采用了三套流程同时处理数据,并通过国际合作开展相关的后随观测。

调试核心组有七个专业小组和一个保障小组。部分设备的调试早在FAST完全建成之前就已经开始了。在调试阶段开始不久,2个关键调试就已经顺利完成。在“中国天眼”面板尚未安装完毕时,相应的信号处理后端及模拟观测也已在同步进行中。这样做的好处是可以提前训练观测团队,模拟观测流程,检验相应的观测程序,最终保证了“中国天眼”一建成就立即投入观测。

2016年9月25日,“中国天眼”竣工,习近平总书记发来贺信,希望FAST“早出成果,多出成果,出好成果,出大成果”。目前,FAST发现的80余颗脉冲星候选体中,已经确认50余颗新脉冲星,包括数颗毫秒脉冲星。

中国科学家争分夺秒,外国科学家也不甘落后。虽然FAST还没有验收,多国天文科学家已排队申请合作。文章透露,截至2月28日,“中国天眼”第一批观测申请项目超过100个,首席科学家来自21个研究单位。这个速度也是世界天文望远镜设备使用的奇迹!

●为什么调试时间没有提前

关于调试时间,记者还有一个“独家插曲”——2017年10月,在北京撰写FAST项目的发起者、首席科学家、总工程师南仁东(已故)先进事迹巡回报告时,严俊向记者透露,调试工作预计将在2018年底通过验收。记者写完稿件后给他发送电子邮件,待他确认这个时间节点,但他没有回复。后来,记者再次遇到严俊,他坦承没有看到:“邮件太多了,看不过来。”他还说:“团队的压力已经够大了,最好不报道,能提前当然更好,不能提前也可以,免得给团队压力太大。”

的确,“中国天眼”的调试速度已经够快了。

从时间上来说,“中国天眼”的调试时间只有同类的40%至60%。但是,从难度上来说,“中国天眼”系统更为复杂。

传统全可动望远镜最大口径是100米,超过这一极限,望远镜会因为自重和风荷载引起形变。而“中国天眼”的口径是500米,两者在口径上不是一个量级。

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