让“中国创造”擦亮深邃“天眼”
这是2019年8月27日拍摄的“中国天眼”（检修期间拍摄）。新华社记者 欧东衢 摄
新华社记者 齐健
清晨，贵州平塘大窝凼。望远镜偌大的反射面从茫茫宇宙中抓取的射电信号数据，正源源不断传输到一百多公里之外的贵阳天文大数据基地。
被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜，自2016年9月25日落成启用以来，已发现279颗脉冲星，是同期国际上其他望远镜发现脉冲星总数的2倍多；多次捕捉到极罕见的快速射电暴爆发；参与揭示的一种快速射电暴起源机制入选《自然》十大科学发现……
“中国创造”擦亮深邃“天眼”，探求着宇宙奥秘。
以创新思维开拓科研之基
工欲善其事，必先利其器。“中国天眼”的建造，是饱含战略眼光的超前部署。
20世纪90年代，当国际上还在为新一代大射电望远镜怎么建、在哪建争论不休时，以南仁东为首的中国科技工作者提出一个极富挑战、近乎天马行空的设想，得到了国家支持。
“独立自主建”“利用喀斯特地貌建”“技术不成熟就一边研究一边建”。南仁东等人明确了这三条后，连望远镜要落户的喀斯特洼坑在哪都不知道，就开始干了。
带着几百幅卫星遥感图，几个人踏上漫漫十年寻址路。要给望远镜找个最合适、节约成本的“家”，光看遥感图不行，只能用双脚“丈量”。经过反复筛选，最终在贵州省平塘县找到了大窝凼——最适合“天眼”的深深“眼窝”。过去同类射电望远镜的反射面是固定的，只能通过改变接收机的位置扫描天空中约20度的带状区域。为了在同等工程体量下获取更大观测范围，南仁东想出主动反射面的构想，并连夜画在草稿本上。
当时，在一些人看来，那是一张工程科技很难支撑的“草图”。南仁东一边带着团队做实验，一边到各大院所、高校“招兵买马”。
2010年8月，工程开工前夕。“国内顶级的应用于斜拉桥上的钢索，标准强度是200兆帕、抗200万次弯曲，用在‘天眼’实验上都断了。”时任馈源支撑系统总工程师的孙才红说。
当时负责索疲劳问题的是刚到国家天文台工作的力学博士姜鹏。他立下“军令状”，与一家企业合作，进行了有史以来最系统、最大规模的索疲劳试验，经历近百次失败，用了一年半时间终于找到突破口，研制出满足要求的钢索。
“天眼”团队一天天壮大。光是为主动反射面这个创新思维，便有几十个人贡献自己所学，联合院所、高校、企业等各方力量，完成了一连串创新。
以不懈努力保障科研环境
“天眼”落成启用时，姜鹏已接过总工程师的担子。调试和运维一点也不轻松，控制反射面索网的液压促动器工作强度非常高，工程师每天都要巡检，谁也不知道坏了几个促动器会不会影响观测效果，陷入疲于检修的重复劳动中。
“姜鹏提出必须建一个反射面安全评估系统。”在望远镜调试中负责结构的工程师李辉说，按照这个思路，团队利用全过程仿真技术，把整个反射面用力学模型完全数字化，“哪个促动器坏了，哪个节点工作不正常，都能在总控室的安全评估系统中显示”，并模拟出对观测的影响，一旦超出安全范围会自动报警。
2200多个促动器中，误差或断通讯数量超过40个，“天眼”就必须暂停观测。有反射面安全评估系统作保障，这种情况从未发生过。
如果反射面板出问题怎么办呢？厚度仅1毫米的面板，弧度大到50多度，直接站上去肯定不行。工程师想到了模仿“太空行走”。
这项创新技术叫“微重力蜘蛛人”，使用一个直径7.6米的氦气球将运维人员的体重减少到反射面板能承受的重量，使得人员能够到达反射面任意地方执行巡检和维护作业。
科学家也没有停止对“天眼”的技术更新。北京大学教授、中科院国家天文台研究员李柯伽说，除了聚焦科学本身，跟“天眼”相关的天文仪器设备研制正在有序推进。
“天眼”观测的是来自遥远天体的微弱电磁信号，要求台址电磁干扰水平极低，必须减少常规强干扰源，控制小功率干扰源，防止噪声背景恶化，预防偶发干扰。
为了让望远镜能“安静”地仰望星空，方圆5公里核心区里数千名群众搬离故土开启新生活；平塘县关闭了核心区内及其附近的所有通信基站；罗甸县搁置了机场项目；黔南布依族苗族自治州境内划出了方圆近30公里的电磁波宁静区……系列举措为“天眼”筑起一道道安全运行防护网。
以开放心态推动科学合作
天文学的每一项重大成就，都丰富了人类知识宝库；天文学与其他学科交叉融合实现的每一次重大突破，都对基础科学乃至人类文明进步带来深刻影响。
自2020年初正式开放运行以来，中科院国家天文台实现了“天眼”这座天文学利器的高水平管理和运行，但作为大科学计划、大科学工程、大科学中心中的一员，它的科学征途才刚刚起航。在科学家眼中，它能刺穿“光年之外”，能洞悉宇宙“前世”，是个身在洼地、心系深空的“天空实验室”。
“在某些观测能力上有飞跃的设备，总会有意想不到的发现。”中科院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家李菂说，“中国天眼”的灵敏度超群，使它在很多领域具备超强“发现力”，以及突破的潜力。它可以验证和探索很多宇宙奥秘，比如引力理论验证、星系演化、恒星和行星起源，乃至物质和生命的起源等。
李菂说，天文学是个开放的学科，大部分“天眼”早期科学成果都有国际专家参与。2021年4月面向全球科学界开放后，交流合作会更多。“中国天眼”科学委员会和时间分配委员会的成员是中国人，但相关评审是按照提交申请所属的专业领域，交由国际顶尖专家评审，完全与研究前沿接轨。
由于“天眼”是中国独资的大科学工程，有既定的科学任务和规划，包括多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、快速射电暴观测等在内的先导项目，大多已由中国科学家领衔。
据李菂介绍，在时间分配上，外国科学家总计可以分享10%的望远镜时间，按照项目评审的打分情况，在这10%的时间内进行分配，预计竞争会比较激烈。
“不管项目是谁在牵头，大家都是朝着同样一个科学目标迈进。”李柯伽说，自己除了继续关注快速射电暴观测，还在利用“天眼”进行纳赫兹引力波探测。相信“天眼”在超大质量或者极低质量脉冲星、黑洞脉冲星双星等领域也有取得举世瞩目成就的机会。
人类只有一个天空，一个宇宙。回溯原初宇宙，揭示更多宇宙奥秘，这是建造“天眼”的原动力，也是终极目标。因此，“天眼”需要联合各国科学家，以开放的态度对全球开放。外国科学家可以独立或者作为首席专家主导一些研究项目，有潜力的探索性项目也会得到支持。
南仁东生前有两个希望：一是后来者尽快完成望远镜的调整及试运行试观测，这一点已经顺利完成；二是希望他们有运气，能够做出巨大的天文成就，这一点值得全人类期待。
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