中国天眼8周年:开启二期工程,如何在宇宙中大展身手?
时间:2025/8/25 浏览:162

2024年9月25日,“中国天眼”迎来了落成启用8周年的重要日子。8年前,位于贵州省平塘县大窝凼的“中国天眼”正式落成启用,开启了它的“观天之旅”。这个由我国自主研发的世界上最大的单口径射电望远镜,宛如一颗璀璨的明珠,镶嵌在浩瀚宇宙的探索之路上。


在过去的8年间,“中国天眼”交出了一份份令人瞩目的成绩单。今年4月17日,中国科学院国家天文台FAST运行和发展中心对外宣布,“中国天眼”发现的新脉冲星数量突破900颗,是同时期国际上其他望远镜发现脉冲星总数的3倍以上。这一惊人的数字背后,是“中国天眼”卓越的观测能力和科研团队的不懈努力。脉冲星,这些宇宙中的神秘天体,犹如宇宙的时钟,为人类探索时空的奥秘提供了重要线索。“中国天眼”的这一成就,无疑为全球天文学界注入了新的活力。


除此之外,“中国天眼”还持续产出重量级发现。首次在射电波段观测到黑洞“脉搏”,仿佛是宇宙深处传来的神秘心跳声,让人类对黑洞的奥秘有了更深入的了解。发现迄今轨道周期最短脉冲星双星系统,为研究天体的演化和引力相互作用提供了珍贵的样本。探测并构建世界最大中性氢星系样本,为探索宇宙的起源和演化提供了重要的数据支持。10余篇依托“中国天眼”的观测结果撰写的论文已在《自然》《科学》等国际顶尖学术期刊上发表,这不仅是对“中国天眼”科研成果的高度认可,也展示了中国在天文学领域的国际影响力。


目前,“中国天眼”的年观测时长稳定在5300个小时左右,几乎全年无休。它就像一位不知疲倦的宇宙守望者,时刻注视着浩瀚的星空,为人类探索宇宙的奥秘。“中国天眼”不仅为我们提供了探测宇宙深处的强大工具,也在基础科学研究中产生了深远影响。它帮助我们探索宇宙的起源、演化及其结构,为理解宇宙中的前沿科学问题提供了重要观测数据支持。同时,“中国天眼”也为国际科学界提供了一个重要的平台,促进了国内外科学家的交流与合作。


在“中国天眼”落成8周年之际,一项具有重大意义的工程——FAST核心阵试验样机建设正式启动。中国科学院国家天文台副台长姜鹏介绍,计划利用“中国天眼”周围5公里内优异的电磁波环境,建设24台40米口径射电望远镜与FAST组成核心阵。这是“中国天眼”落成8周年以来首次开工的二期工程。核心阵的建设,将为“中国天眼”带来新的活力和机遇,进一步提升其观测能力和科学研究水平。


01


“中国天眼”的技术创新与挑战


“中国天眼”的建设和运行,是中国科技创新的杰出代表。从设计到建造,每一个环节都充满了挑战和创新。500米口径球面射电望远镜的独特设计,使其具有极高的灵敏度和分辨率,能够捕捉到宇宙中微弱的信号。6根钢索控制的30吨馈源舱,可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位,这一技术创新在国际上尚无先例。超高耐疲劳钢索在200万次循环加载条件下可达500MPa应力幅,为“中国天眼”的稳定运行提供了坚实的保障。


然而,科技创新的道路上永远充满了挑战。FAST核心阵的建设面临着两项关键技术难题。其一,是高性能的常温接收机。这是一个全新的挑战,因为在此之前,科研团队从未涉及过此类接收机的研发。常温接收机的性能直接关系到观测数据的质量和准确性,因此,研发出高性能的常温接收机成为了FAST核心阵建设的关键之一。科研团队需要不断探索新的技术和材料,以提高常温接收机的性能,满足核心阵的观测需求。


其二,是综合孔径的数据处理技术。尤其是不同孔径望远镜配在一起的数据处理技术,在国内目前尚无特别成熟的经验。这就需要科研团队进行深入的研究和技术突破,以确保FAST核心阵能够高效、准确地运行。数据处理是天文学研究中的重要环节,如何有效地处理大量的观测数据,提取出有价值的信息,是科研团队面临的重大挑战。他们需要开发新的算法和软件,提高数据处理的速度和精度,为科学研究提供有力的支持。


02


FAST核心阵的重大意义与未来展望


FAST核心阵的建设将带来诸多重大意义。中国科学院国家天文台研究员、FAST运行和发展中心首席科学家朱炜玮介绍,通过在FAST周围增加辅助的望远镜,组成核心阵,就相当于把FAST变成了一个口径很大的望远镜,可以极大地提高其分辨能力,使其拥有更好的成像能力。


FAST核心阵将有效提升观测分辨率和成像能力,这对于天体物理学研究具有重大价值。它将在引力波事件、快速射电暴、伽马射线暴、超新星、黑洞潮汐瓦解事件等方面发挥重大作用。例如,在引力波事件的观测中,高分辨率的观测可以帮助科学家更准确地定位引力波源,深入研究引力波的产生机制和传播特性。在快速射电暴的研究中,清晰的成像能力可以让科学家更好地了解快速射电暴的起源和演化过程。


除了天体物理学研究,FAST核心阵还可以在近地天体预警、深空卫星通讯等深空探测领域发挥重要作用。在近地天体预警方面,高分辨率的观测可以提前发现可能对地球造成威胁的近地天体,为人类的安全提供保障。在深空卫星通讯领域,FAST核心阵可以作为强大的通讯中继站,提高深空卫星通讯的质量和稳定性,为我国的空天领域起到重要的战略支撑作用。


在未来的日子里,我们期待着FAST核心阵能够顺利建成并投入使用,为我们带来更多的惊喜和发现。“中国天眼”将继续拓展人类观天极限,为世界天文提供中国智慧,为全球工程界提供中国技术。让我们共同见证中国天眼在宇宙探索之路上的新辉煌,为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献更多的智慧和力量。


03


“中国天眼”的国际影响力与合作共赢


“中国天眼”全称500米口径球面射电望远镜,英文缩写为FAST,是中国独立自主设计并建造的世界最大的单口径射电望远镜。它的建成和运行,不仅体现了我国在科技创新方面的实力和决心,也在国际上产生了重大影响。


早在建设阶段,“中国天眼”就向全球工程界贡献了大科学工程的中国经验和创新实践。其先进的技术和独特的设计,吸引了国际天文学界的广泛关注。2021年3月31日,“中国天眼”正式对全球科学界开放,目前已帮助美国、荷兰、澳大利亚等15个国家的研究团队开展观测900余小时,涉及科学目标漂移扫描巡天、中性氢星系巡天、银河系偏振巡天、脉冲星测时、快速射电暴观测等多个领域。这一举措,充分展示了中国在国际科学合作中的开放态度和大国担当。


今年4月6日0时,“中国天眼”再次向全球开放2024年8月至2025年7月观测季自由申请观测项目的申请通道,有1600小时的望远镜时间向自由申请项目开放。英国天文学家拉夫尔·伊夫认为,“中国天眼”持续向全球科学界开放,意味着全世界的科学家可以根据他们的研究计划申请使用这一开创性的仪器,天文学家可以开展以前由于望远镜灵敏度不足而无法进行的实验。


德国马克斯·普朗克射电天文学研究所天文学家劳拉·斯皮特勒预测,到本世纪30年代,“中国天眼”将为人类研究超大质量黑洞碰撞等天文学前沿研究积累大量数据。“中国天眼”正在帮助人类探索宇宙的起源、演化及其结构,为理解宇宙中的前沿科学问题提供了重要观测数据支持,也为国际科学界交流与合作搭建了重要平台。


由中国科学院国家天文台高级工程师柴晓明团队自主研发的“中国天眼”核心零部件——低噪声放大器,近期将正式出口巴西。这将是中国自主研发的射电望远镜核心部件首次出口海外,标志着中国在射电望远镜技术领域的国际影响力不断提升。


“中国天眼”的国际合作,不仅促进了全球天文学的发展,也为中国天文学界带来了新的机遇和挑战。通过与国际同行的交流与合作,中国科学家可以学习到先进的技术和经验,提高自身的科研水平。同时,也可以将中国的天文学研究成果推向世界,为人类的科学事业做出更大的贡献。


最后


“中国天眼”作为世界上最大的单口径射电望远镜,肩负着重大的使命和担当。它不仅是中国科技创新的标志性成果,也是人类探索宇宙奥秘的重要工具。


在未来的日子里,“中国天眼”将继续发挥其强大的观测能力,为人类探索宇宙的起源、演化及其结构提供更多的观测数据支持。同时,它也将继续为国际科学界提供一个重要的平台,促进国内外科学家的交流与合作。


我们相信,在“中国天眼”的引领下,中国的天文学研究将不断取得新的突破,为人类的科学事业做出更大的贡献。让我们共同期待“中国天眼”在宇宙探索之路上创造更多的辉煌,为实现中华民族伟大复兴的中国梦增添更多的光彩。