中国故事丨“中国天眼”：极目百亿光年之外

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国际学术期刊《自然·天文学》近期发表了中国科学家一项重要发现——通过“中国天眼”FAST的观测，一颗原本被认为“熄灭”的脉冲星，仍然可以探测到极其微弱的窄脉冲。这是“中国天眼”探测到的脉冲星辐射新形态，对揭示脉冲星磁层的极端物理环境等具有重要科学意义。

　　这颗脉冲星，是“中国天眼”FAST“入职”以来，发现的800余颗脉冲星中的一颗，这些重要发现为人类研究宇宙提供了很多有利的数据帮助。

　　从古人发出的“日月安属？列星安陈？”的《天问》，到如今借助全球最大且最灵敏的单口径射电望远镜，将人类“视界”延伸到百亿光年之外。从选址、建设、调试、运营，“中国天眼”建设运维过程中的每一个环节，无不在运用中国智慧和中国制造，在人类极目宇宙的道路上贡献着力量。

　　2022年7月24日拍摄的“中国天眼”夜景（维护保养期间拍摄，无人机光绘）。新华社记者 欧东衢 摄

　　“这是一个美丽的风景、科学风景！”

　　20世纪90年代，“中国天眼”设想提出时，大胆到有些突兀。

　　当时中国最大的射电望远镜口径不到30米，德国的埃菲尔斯伯格望远镜口径100米的世界纪录已保持多年，而“中国天眼”的目标是500米。

　　中国曾是世界上天文记录最久远、最完整的国家。在超过3000年的时间里，华夏文明连续不断地记录着各种天文现象，中国古代天文学家编制了100多种天文历法，也发明了大量的天文仪器。

　　但近代以来，中国天文学跟其他科学技术一样，大大落后于率先完成工业革命的西方国家。即便在上世纪，老一辈天文学家也只能寻求与国外合作，相当于借用别人的望远镜，大多只能做一些边缘课题。

　　FAST的理想建造地对地形、地质、水文等都有着极高要求，为了给望远镜找个最合适的“家”，当时年近50岁的南仁东带着团队与300多幅卫星遥感图，风餐露宿地奔走于贵州大山深处。

　　这是一张拼版照片：依次为“中国天眼”拼装第一块反射面板（左上，2015年8月摄）、“中国天眼”反射面板安装近半（右上，2015年12月摄）、“中国天眼”反射面板安装近八成（左下，2016年3月摄）、维护保养期间的“中国天眼”（右下，2022年7月摄）（无人机照片）。新华社记者 欧东衢 摄

　　12年时间里，他们几乎走遍了贵州所有的喀斯特洼地，最终从300多个候选洼地里，选择了平塘县大窝凼——最适合“天眼”的深深“眼窝”。

　　2011年3月动工开建，2016年9月落成启用，横空出世的“中国天眼”刷新了世人对射电望远镜的认知极限：

　　口径500米，仅圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔就用掉1万多吨钢材；反射面板总面积25万平方米，相当于30个标准足球场，用掉2000多吨铝合金；如果将“中国天眼”装满水，全世界每人可以分到2升……

　　“中国天眼”落成启用当日，71岁的南仁东站在“中国天眼”的圈梁上对记者深情地说：“这是一个美丽的风景、科学风景！”

　　2017年9月，南仁东因肺癌去世。走前，他实现了奋斗一生的梦想——建一台世界最大最强的射电望远镜。现在，“中国天眼”已成为全球最大且最灵敏的单口径射电望远镜，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。

　　反复试验、多次失败、越挫越勇

　　独一无二的科学工程，没有经验可循，注定会面临史无前例的挑战。

　　反射面板如“中国天眼”的“视网膜”，索网则是支撑“视网膜”的“神经系统”。“中国天眼”反射面板虽只有1毫米厚，也要使用2000多吨铝合金，其索网结构是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，对抗疲劳性能的要求极高，现有钢索都难堪重任。

　　2022年7月22日，工作人员对“中国天眼”的反射面板进行维护保养（维护保养期间拍摄）。新华社记者 欧东衢 摄

　　FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏带着一帮青年人，用整整两年时间，进行了大规模的索疲劳试验。近百次失败，从千头万绪中不断探寻解决问题的关键，终于攻克超高强度、抗反复拉伸的钢索，首创主动变形反射面，使望远镜覆盖40度天顶角，成功支撑起“中国天眼”的“视网膜”。

　　“没人告诉你可以怎么做，谁也没有把握自己的方法一定行。”姜鹏告诉记者，“反复试验、多次失败、越挫越勇”的艰难攻关几乎贯穿了FAST建设阶段的每一个环节。

　　仅在建设阶段，“中国天眼”就获得了钢结构、自动化产业、机械工业、创新设计、测绘地理信息技术、电磁兼容研发、建设工程等10余个领域的国家大奖。

　　在调试阶段，“中国天眼”又碰到难题。“‘积木’搭好了，但望远镜不能按照总控的指令高效运行。”FAST运行和发展中心测控部主任孙京海说，“简单的修复解决不了问题，控制系统必须推倒重建。”

　　为了尽快开发出新的控制系统，孙京海无数次挑灯夜战至东方既白，几乎重写了全部核心算法代码。他心里只有一个信念：不能让工程调试进度耽误在自己这里。最终，在正式测试时，一套为“中国天眼”量身定制的控制系统，所有指标一次通过。

　　“中国天眼”世界最大、最灵敏的特性，激发了很多特殊的技术需求，需要中国科学家们充分发挥主观能动性和创造力，在不断“挑战认知和技术极限”、不断“发现问题、解决问题”中优化升级。

　　今年7月底，在中国科学院国家天文台、哈尔滨工业大学等10家单位共同努力下，国家重点研发计划“智能机器人”重点专项“重大科学基础设施FAST运行维护作业机器人系统”项目通过验收，极大提升了“中国天眼”运维质效，年观测时间可增加1000小时左右。

　　7月26日，工作人员在调试馈源接收机拆装机器人。新华社记者 欧东衢 摄

　　不断拓展人类观天视野极限

　　发现800余颗新脉冲星、首次在射电波段观测到黑洞“脉搏”、探测到纳赫兹引力波存在的关键证据……“中国天眼”成果频出，不断拓展人类观测宇宙的视野极限。

　　6月23日拍摄的“中国天眼”全景（维护保养期间拍摄，无人机照片）。新华社记者 欧东衢 摄

　　快速射电暴（FRB）是宇宙中最明亮的射电爆发现象，在1毫秒的时间内能释放出太阳大约一整年才能辐射出的能量。

　　得益于“中国天眼”的超高灵敏度，中国科学家领导的科研团队发现了首例持续活跃重复快速射电暴FRB 20190520B，对更好理解这一宇宙神秘现象具有重要意义。

　　国家天文台研究员李柯伽所在的中国脉冲星测时阵列（CPTA）研究团队利用“中国天眼”，探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据。

　　“FAST的灵敏度让中国天文学家站在了人类视野的最前沿。”李柯伽说，凭借“中国天眼”的优良性能，CPTA研究团队以数据精度、脉冲星数量和数据处理算法上的优势，弥补了观测时长的差距，使我国纳赫兹引力波探测和研究同步达到世界领先水平。

　　“敢为人先的魄力、追求极致的毅力、持之以恒的定力，是FAST的成功秘诀。”姜鹏说。