【获奖作品】我的眼中,有万里星辰大海

—— FAST自述
作者:薛国峰来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-05-21

本文荣获蝌蚪五线谱2018年度科普创客大赛文章类(成人组)二等奖。

有一只很特别的眼睛。

中国人讲究识人要观眼,动静、清浊,正邪;人的品性总在眼波交汇流转之间纤毫毕现。

如果你来观察我的眼睛,会发现我的眼睛十分特别。我的眼球直径为500米,表面积达到了25万平方米,眼球周长1600米。

2016年7月3日,最后一块反射面单元安装到了我的身上,标志着主体工程完工。为了保证我的眼睛一旦睁开,视线就能够穿透寰宇世界,万里星河,我进入了调试阶段。

2016年9月25日,在万众期待中,我终于睁开了双眼。

宇宙万年,星尘浩瀚,这些都阻挡不住我灵敏的双眼对未知星体的一探究竟的能力。2017年10月10日,我发现了6颗脉冲星,12月又新发现3颗脉冲星。截至2018年9月12日,我已发现59颗优质的脉冲星候选体,其中有44颗已被确认为人类新发现的脉冲星。

很多人都知道我的英文名Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,简称FAST,但是孕育我的人是中国科学家。我在中国一个不为人知的大山中成长,所以我也有一个地地道道的中文名字——中国天眼

我的眼中,有万里星辰大海

(晨光中苏醒的中国天眼)图片来自网络

宇宙中有着上千亿的星系,银河系只是其中一个平凡而美丽的棒状星云;银河系有着上千亿的恒星,太阳只是其中一颗普通而耀眼的恒星;而地球,在冥冥之中恰巧有适宜的条件让万物生长。宇宙浩瀚无垠,瑰丽奇伟。茫茫宇宙,人类是否孤独?有没有其他适宜人类居住的星球?人类隐藏在骨血中最深刻的好奇心代代相传,驱使着他们去探寻宇宙最深处的奥秘。

星体之前的距离以光年计算,超出了肉眼能够看清的距离。虽然上帝没有给人类能够看清星际的双眼,但是中国科学家们给了我一只看能够清星海的双眼。

我的眼中,有万里星辰大海

(图片来源自网络)


纤云弄巧 飞星传恨 银汉迢迢暗渡

为什么肉眼看不清宇宙中的天体呢?除了距离太过遥远之外,还要从人类眼睛看物体的原理说起。

人类的眼睛之所以能够看到物体,是因为有光线射到物体上,物体表面对光线进行反射,经过反射的光线进入人眼,人才能看到了物体。

天体也会发光,但是为什么有些天体发的光人类没看不见?这就要回到一个最基本的问题:

光究竟是什么?

一位非常伟大的物理学家麦克斯韦提出:光是一种电磁波。

宇宙中数万亿的天体虽然看似神秘,但远比不上造化的神奇。天体们都遵循一个规律——会向宇宙中发射天体辐射。宇宙虽然对于人类来说是一片静默的黑暗,但天体辐射携带着独属于每一个天体的信息无时无刻的向宇宙各处传递。在地球上的人类天文学家可以通过天体辐射中的电磁辐射发现天体,并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。

由于人眼只对整个电磁波谱中的极小一部分敏感,这一小部分也称可见光谱。所以人类实际上只看到了宇宙万事万物中的一小部分。大量携带着未知星球信息的电磁波,例如红外线(波长大于760nm),紫外线(波长小于380nm),x射线及远红外线等人类是看不到的。

我的眼中,有万里星辰大海

人类的可见光只是电磁波谱中很小的一部分(图片来源自网络)

看不到银河中漫天星斗传递的信息,人类就如同“睁眼瞎”。无法深入研究每一颗瑰丽的星球,这岂不是莫大的遗憾?

不用担心,有我在。银汉早已将星体的心声向我“迢迢暗渡”。我能“看到”宇宙中比红外线频率还要低的电磁波段。我可以“看到”来自太空中的无线电信号,不论上百亿年前诞生的星体,或者是超新星爆发时发射的死亡讯号,它们都会发射出不同波长的电磁波。理论上,我可以跨越上亿年的时间,去追寻宇宙往事。

由于我所捕捉的信号是天体发出的无线电波,所以在天文望远镜的众多家族中,我属于射电望远镜。

我的眼中,有万里星辰大海

射电望远镜所观察到的天体图像(图片来源自网络)


笃志齐心致广大   慎思明辨尽精微

作为一架射电望远镜,我与传统的光学望远镜长得可一点也不一样儿。我既没有高高竖起的望远镜镜简,也没有物镜、目镜,而是由非常高端先进的反射面系统和馈源支撑系统两大部分组成。

反射面系统就是我的视网膜,也你们人类平时让我哭笑不得的戏称——“大锅”。我的视网膜可不简单,由 4450块反射面板单元组成,面积约25万平米,近30个标准足球场大小。

我这样说你们人类可能无法的体会到它有多大,举个例子吧。如果往里装满矿泉水,那么你们谁来喝水,想喝多少,都没问题!

我的眼中,有万里星辰大海

如果往这口“大锅”里装满矿泉水,一天之内,够全世界人民每人四瓶,中国人每人20瓶”(图片来自网络

为什么要设计得这么大?因为对于固定的、无法转头摇摆的射电望远镜来说,反射面的面积越大,也就是我的视网膜面积越大,就能汇集更多的天体的信息,也就能探测到更暗弱、更遥远的天体。所以中国科学家为我设计了这款世界第一巨大的,直径为500米的视网膜。让我能够有机会探测到距离137亿光年的星体,实现无数天文学家的梦想。

我的眼中,有万里星辰大海

从侧面看,我的视网膜也是光滑平整美美哒(图片来自网络)

在很长的一段时间里,我们射电望远镜家族的弄潮儿,都是国外的小伙伴。但是这一次,我的诞生,让全世界媒体都纷纷刷屏。因为我与传统的射电望远镜的最大区别,是我的视网膜并非静态,而是动态!是改革开放几十年来,中国技术与智慧的累积,让我明眸善睐!

我的眼睛,不是傻乎乎只能向上90度望着一望无际的天空发呆。而是每一个局部的视网膜都能够灵活转动!

我的视网膜,也就是其中中不同的反射面板单元可以变化组合,精准地从不同方向以球面或抛物面的形式面对天空,明察秋毫。这就是中国科学家领跑世界的“主动反射面”技术。 

我的眼中,有万里星辰大海

反射面组装中(图片来自网络

来自遥远天体的无线电波,通过了亿万光年的旅程,与我幸运的相遇。通过我的视网膜上反射面的反射后,汇聚到视网膜上的焦点。在那里,有一台叫做“接收机”的装置,用来接收我视网膜所收集到的射电信号。

而这个接收机就是就是我这只巨大眼睛上的“小小瞳孔”。科学家们叫他它——馈源舱。

我的眼中,有万里星辰大海

被钢索拉吊在空中的部分即为馈源舱(图片来自网络

想要让我的瞳孔精确到捕捉到视网膜反射来的信息,并不简单。需要中国工程师们控制馈源支撑系统,使我的瞳孔尽可能接近焦点位置,并保持正确的姿态。

馈源支撑系统分为两级。第一级是通过六根几百米的绳子对我的瞳孔实现的概略控制,要在140米高空、200多米的尺度范围内,把我瞳孔的定位精度控制在48毫米以内。

我的眼中,有万里星辰大海

被牵拉的馈源舱(图片来自网络

但是我的瞳孔在高空作业,不仅要考虑大气折射的影响,还要考虑地球曲率的影响。所以还要有第二级设备:馈源舱内部自带的精调平台,在高空中随时稳定我的瞳孔,确保精确收集信号。最终让我重达30吨的瞳孔,实现10毫米以内的定位精度。

我的眼中,有万里星辰大海

馈源支撑系统(图片来自网络


成花成树非一日之功 精雕细作乃恒心所至

在地球上,我虽然视力卓绝;但一不小心,也会犯“近视病”。如果在真正运转时,我的瞳孔和视网膜不能配合默契,就无法有效的侦测目标星体。

中国科学家们在数年的时光中,不断发展的实时力学仿真技术,用以控制我的视网膜;发着集成馈源支撑系统,用以调动我的瞳孔。终于,在2017年8月27日,第一次完成了反射面和馈源支撑的协同动作,也就是让我的瞳孔和视网膜成功配合运作!

这次配合成功,首次实现了对特定目标的跟踪观测,并稳定地获取了目标源射电信号。这意味着我的“眼珠”可以转动了!此后,我就可以克服地球的自转,对各类天体目标源进行跟踪观测。

我的眼中,有万里星辰大海

    FAST望远镜探测到的脉冲星编号为J1859-0131,自转周期为1.83秒,据估算距离地球1.6万光年(图片来自网络


你是我这颗天眼,永远仰望的星

夫功之成,非成于成之日,盖必有所由起。

中国天眼得以诞生,不得不提起我的创造者——南仁东先生和他的工作团队,用22年的时光,成就了这项中国之重器。

我的眼中,有万里星辰大海

(图片来源自网络)

一个国家的科研实力,首先取决于基础科学的研究能力。而天文学的研究成果与基础科学的联系甚密。改革开放以来,无数追“星”的仁人志士,投入到天眼的建设之中。

1993年,国际无线电科学联盟大会在日本东京召开,包括中国在内的十国天文学家提出,要在新千年建造新一代射电望远镜。当时在日本做客座教授的南仁东,萌发了建造中国大射电望远镜之梦,他要建造自己的大射电,要让中国射电天文进入世界第一梯队,让中国的天文学家看到更深远的星空。

为使FAST获得更多人的支持,无论在国内还是国外,南仁东逢人就讲,不厌其烦、充满激情地解释FAST的每一个创新概念, 2007年,FAST获批为“十一五”国家重大科技基础设施项目。逝者如斯夫,不舍昼夜,从提出倡议起过去了13年,南仁东的头发已经花白,而梦想才开始点滴开始实现。

我的眼中,有万里星辰大海

南仁东先生旧照(图片来自网络

我到底要在哪里诞生?这是一个重大的问题。相比起宇宙中无休止的时间,人的一生真的太过短暂。开始选址时,南仁东先生已年近五十,但他执意要亲自踏勘每一个点。无论是冒雨翻山曾险些滑落悬崖,还是恰在凼底时突遇大雨险些被山洪冲走,一根竹竿、几粒救心丸、数双磨破开裂的鞋,这一走,就是十年。


我的眼中,有万里星辰大海

南仁东先生与团队冒雨选址(图片来自网络

我的缔造者们用了十年的时间,实地考察了贵州大山里的很多地方,经过多方科学论证,我的出生地,最终被确认在贵州省平塘县大窝凼,这里不仅具有一个天然的洼地可以架设望远镜,而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透,而不在表面淤积,腐蚀和损坏我的身体。

这个地方,就是我绝佳的出生地。这个地方,也是中国天眼传奇的开始。

我的眼中,有万里星辰大海

大窝凼图片(图片来自网络

我的眼中,有万里星辰大海

从一无所有的大山深处,到建设过程的最初雏形(图片来自网络

我的眼睛很强悍,强悍到可以看清137亿光年之外发来的电磁波;但我的眼睛也很脆弱,脆弱到5公里之内有任何无线电信号,都会使我受到干扰,分不清刚刚究竟是哪一个星星向我问好。而安静的贵州大山,让我远离了远离人类的射电干扰,可以尽情探索同样安静却深邃的太空。

我的眼中,有万里星辰大海

建筑工人完工合影(图片来自网络

2015年3月,南仁东先生被确诊为肺癌。术后三个月,他忍着病痛又奋斗在施工现场。2017年4月,他的生命进入倒计时。在最后的日子里,他坚持着参加工程例会,通过电话、电邮和同事交流工作。2017年9月15日23点23分,南仁东先生因病逝世

2018年10月15日,中科院国家天文台宣布,经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,国家天文台于1998年9月25日发现的国际永久编号为“79694”的小行星被正式命名为“南仁东星”。 这颗星刚好是在1998年9月25号发现的,18年后的9月25号,刚好是我的落成仪式。编号79694;1994年,我的缔造者们开始了在贵州选址的岁月,到2016年,我正式向世人见面。

宇宙无垠,星宿万千。我的一生,刚刚开始,我知道我会仰望很多颗星星,但“南仁东星”,是我这颗天眼,满怀着对每一位在时光中奉献的科学工作者的敬仰,始终仰望的一颗星。

40年改革开放,22年的追星筑梦之旅。22年的时光,在宇宙中只是缥缈一瞬,可对于每一位科学工作者,却有着非凡的意义,他们坚韧不拔,矢志不渝,万难,让我来到世间 ,与你们相逢。

扫码加蝌蚪五线谱微信