FAST:凝聚中国创新 倾听宇宙声音

作者:生命科学
中科院国家天文台FAST团队:我们在群山深处“探天”

“记得刚到FAST的时候,那里只有一个硕大的天坑,周围什么都没有,一片荒凉。从坑底走上来,需要一个多小时的时间。”FAST馈源支撑系统助理工程师李铭哲曾这样描述过。现在,当你驱车前往克度镇这个偏僻的黔南小镇,再穿过一道道的狭窄山口,到达一个名叫‘大窝凼’的喀斯特洼地时,视野就会被一个500米直径的白色钢环填满,那是史上最大望远镜的圈梁。

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查验问询,抬杆放行,车过牛角卡点,正式进入中科院国家天文台FAST望远镜5公里核心区。观测基地居半山腰,三面被小山头包裹,虽然建得现代,但感觉与世隔绝。“五一”期间,观测基地的科研工作者们仍然坚守岗位,这似乎已经成为常态。从北京到贵州黔南布依族苗族自治州平塘县深山的观测基地,无论工作还是生活,甘恒谦早已习惯“两地跑”带来的巨大反差。身为FAST调试组副组长,他一年里有1/3的时间要待在基地。作为已故FAST总工程师南仁东的学生,2004年甘恒谦入职国家天文台后就一直跟着南仁东为FAST工作。现在,他在FAST调试中具体负责望远镜电气设备的运行和维护工作。4月22日,专家组一致同意FAST工程通过工艺验收,并鉴定FAST工程建设实现了多项自主创新,提高了我国相关领域产业技术水平和自主创新能力,实现了我国射电天文望远镜由追赶到领先的跨越。“既自信,又激动。这是对FAST团队的巨大鼓舞。”甘恒谦说,工艺验收是基础,接下来还将进行财务、档案等验收。为了让FAST早出成果、出好成果,FAST团队一直在默默付出。FAST观测基地共有人员约100人,他们扎根深山,不惧艰苦、寂寞,孜孜不倦地探索太空,截至目前,已发现脉冲星优质候选体92个,证实发现脉冲星65颗。4月开始,FAST以试开放的形式又接受了国内天文学家的观测申请,提供观测时长360个小时,在诸多观测申请中评出了40余个更有科学意义的观测申请。

从1994年开始,中科院国家天文台联合中科院遥感所、西安电子科技大学、清华大学等30所科研单位和大专院校,投入到中科院战略先导项目“世界最大单口径射电望远镜”建设中,这项历时22年的大科学工程于2016年9月25日正式竣工,习近平主席致信祝贺。这给中国科技工作者以巨大的鼓舞,也将中国天文学研究推向了一个更为深广的世界。

中国科学院科学传播局、中国科学院国家天文台10月10日联合发布了世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜取得的首批成果。记者了解到,FAST望远镜调试进展超过预期,并首次新发现脉冲星——探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗已经通过国际认证。

廿二载铸就“中国天眼”

FAST作为国之重器的大科学装置,是我国“十一五”重大科技基础设备之一,由国家发展改革委投资建设,于2016年9月25日竣工进入试运行、试调试阶段。中国科学院国家天文台牵头国内多家单位,在FAST科学和工程团队密切协作下,经过一年的紧张调试,现已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行;调试进展超过预期及大型同类设备的国际惯例;并且已经开始系统的科学产出。

“根据国际大环境和我国特有的地理条件,中国天文学家提出在贵州喀斯特洼地中建造大口径球面射电望远镜的建议和工程方案。”中科院国家天文台副研究员岳友岭告诉《中国科学报》记者。

FAST团组利用位于贵州师范大学的FAST早期科学中心进行数据处理,探测到数十个优质脉冲星候选体,经国际合作,例如利用澳大利亚64米Parkes望远镜,进行后随观测认证,目前已通过系统认证6颗脉冲星。这是我国射电望远镜首次新发现脉冲星。

1994年6月,FAST选址工作启动,FAST首席科学家兼总工程师南仁东和他的同事们开始了长达十余年的预研究工作。为了找到最适合的建造位置,项目组成员通过卫星获取和分析了上千个洼坑的数字地形模型地图。在没有道路的情况下,足迹踏遍了上百个窝凼和洼坑。最终,地址确定为贵州省平塘县的“大窝凼”。

搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。银河系中有大量脉冲星,但由于其信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备,FAST在调试初期发现脉冲星,得益于卓有成效的早期科学规划和人才、技术储备,初步展示了FAST自主创新的科学能力,开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。未来,FAST将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星,对脉冲星计时阵探测引力波做出原创贡献。

2005年11月,中科院召开院长办公会议,南仁东在会上为FAST申请立项并得到通过。2007年7月国家发改委批复FAST工程正式立项,开始了长达9年的设计和建造。

据介绍,接下来的两年,FAST将继续调试,以期达到设计指标,通过国家验收,实现面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式,继续催生天文发现,力争早日将FAST打造成为世界一流水平望远镜设备。

FAST的设计目标,是把覆盖30个足球场的信号,聚集在几厘米大小的空间里。只有这样才能监听到宇宙中微弱的射电信号。百米口径已接近全可动射电望远镜的极限,建造如此巨大的射电望远镜,国际上没有先例,而500米口径的结构要实现毫米级精度,也前所未有。

FAST项目是由国家天文台研究员、FAST工程首席科学家、总工程师南仁东带领团队逾20年的预研、推动及建设,在国家发改委支持下,于2016年9月25日竣工。FAST落成启用以来,受到来自国内外、社会各界的高度关注和期待。习近平等党和国家领导人也对FAST提出了明确的指示和要求:早出成果、多出成果、出好成果、出大成果。

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