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面對面|中國天眼:從追趕到領(lǐng)先,專訪“中國天眼”建造及科研團隊

時間:2023-08-28   訪問量:979   來源:http://www.chinanews.com.cn/gn/2023/08-28/10068351.shtml

  自中國天眼進入到成果爆發(fā)期后,人們不自覺地在中國天眼的新發(fā)現(xiàn)前加上了“又”字。8月18日,中國天文學(xué)家利用中國天眼發(fā)現(xiàn)脈沖星輻射新形態(tài),矮脈沖輻射的研究成果在線發(fā)表于《自然·天文》雜志。本周,《面對面》專訪“中國天眼”建造及科研團隊。

  6月29日,中國脈沖星測時陣列研究團隊在《天文與天體物理研究》雜志上發(fā)表了探測到納赫茲引力波存在關(guān)鍵性證據(jù)的文章,被認為是人類在探尋納赫茲引力波的道路上取得的突破性進展。

  李柯伽,中國脈沖星測時陣列研究團隊、簡稱CPTA的發(fā)起人之一。

  6月29日,在世界范圍內(nèi),來自美國、澳大利亞、印度的脈沖星測時陣列研究團隊,也在同一天發(fā)表了相同內(nèi)容的論文。

  記者:我們現(xiàn)在通過新聞知道這叫納赫茲引力波,但是很多人覺得離我太遠了,你們這些人打破頭地往前去看、去收集、去分析,你們到底想要什么?

  李柯伽:首先納赫茲引力波有什么用?我不知道,我也不知道怎么樣告訴一般人納赫茲引力波非常有意思。但是天文學(xué)的研究告訴我們的事情是什么呢?如果我們把宇宙當成一瓶礦泉水,裝在一瓶500毫升的礦泉水里邊,我們能夠看到的發(fā)光的宇宙只是里邊的一滴水,還有99.5%的東西是電磁波看不見的東西,那么你就需要打開其他的觀測窗口,來直接探測整個宇宙長什么樣子,引力波是里邊非常重要的一環(huán)。

  愛因斯坦在廣義相對論中預(yù)言了納赫茲引力波的存在。那之后,幾代天文學(xué)家致力于探測它的存在,直到人類發(fā)現(xiàn)了脈沖星,認識到通過脈沖星測時陣列可以捕捉納赫茲引力波的蹤影,找到它才有了希望。近20年來,世界范圍內(nèi)共有四支主要的脈沖星測時陣列研究團隊,分別是澳大利亞的PPTA、歐洲的EPTA、美國的NANOGrav,和中國的CPTA,其中中國小組成立得最晚。

  記者:看新聞?wù)f是你們在做這件事的時候,其他的幾個國外團隊是同時發(fā)表論文,同時互相驗證,這是什么意思?

  李柯伽:這個事情其實是挺偶然的事情。我們項目大概是從2019年開始進行觀測,那么到了去年,我們需要整理一下這些數(shù)據(jù),這個時候美國NANOGrav正在分析他們十五年的數(shù)據(jù),歐洲EPTA在分析他們十八年的數(shù)據(jù),澳大利亞PPTA他們有更長的數(shù)據(jù)。我們是今年3月份的時候,向國際脈沖星測時陣列聯(lián)盟,我們就意識到國際上其他幾個團隊也會在那個時間點附近發(fā)表他們的結(jié)果,那就干脆約好同一個時間這個文章出來給大家看到就完了。

  記者:我們是最晚起跑的,滿打滿算從開始這個項目到?jīng)_刺我們用了多久?

  李柯伽:從FAST有了第一個比特的脈沖星測試數(shù)據(jù)開始,到我們數(shù)據(jù)封存時間節(jié)點那個數(shù)據(jù),三年零五個月。

  記者:別人跑了二十年,我們跑了三年半不到,反而我們能夠稍微比別人領(lǐng)先一點沖刺。

  李柯伽:你要說領(lǐng)先是可以的,但是這個領(lǐng)先其實是某種意義上非常非常微弱的領(lǐng)先。我想你的問題是我們干的時間那么短,我們怎么去追上大部隊的?

  記者:我想所有人都會這么問?

  李柯伽:因為我們有很大的望遠鏡,這個是決定性的。

  起到?jīng)Q定性作用的中國天眼FAST是世界上最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡,它隱于貴州黔南地區(qū)群山的包裹中,屬于大科學(xué)時代興起后典型的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。它的全名叫五百米口徑球面射電望遠鏡,英文首字母組合FAST,是“快”的意思。

  姜鵬,F(xiàn)AST運行和發(fā)展中心的常務(wù)副主任兼總工程師。

  由于射電望遠鏡工作時需要屏蔽電子信號的干擾,F(xiàn)AST周邊五公里都被設(shè)置成了電磁波寧靜區(qū)的核心區(qū)。所以,《面對面》欄目的攝制組即使到了FAST的工作區(qū),也只能在總控室里使用攝像機。

  記者:李柯伽他們團隊說,因為天眼很敏感,很好用,所以可以讓他們在短暫的三年半不到的時間里面,就能夠積累到可能別的團隊用十幾年,甚至二十年,所積累下來的這個數(shù)據(jù)。

  姜鵬:這個是靈敏度決定的,天文領(lǐng)域就是這樣,看似很浪漫的學(xué)科,但是在儀器競爭上是極其殘忍、殘酷的,你第一個看到是發(fā)現(xiàn),你第二個看到可能就是驗證。

  在依山而建的FAST綜合樓門前,中國天眼之父南仁東的雕像靜靜佇立著。年輕的中國團隊用三年零五個月的時間完成追趕之前,南仁東和FAST團隊經(jīng)歷了長達22年的漫長奔跑,而這一奔跑始于一個單純的愿望。

  南仁東:別人都有自己的大設(shè)備,我們沒有,我挺想試一試。

  建一個射電望遠鏡的愿望源于1993年在日本召開的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會,在這次大會上,多國天文學(xué)家聯(lián)合提出了建設(shè)新一代超級射電望遠鏡的構(gòu)想。這個構(gòu)想讓參會的南仁東看到了機會。當時,他擔任國家天文臺前身北京天文臺的副臺長。

  南仁東:國際的發(fā)展現(xiàn)狀,天文科學(xué)的前沿在哪兒,就在那兒,你不沖上去沒人等你。

  20世紀中葉,射電望遠鏡的出現(xiàn)打破了人類只能依靠光學(xué)望遠鏡對可見光進行天文觀測的格局。它通過捕捉天體的無線電波進行觀測,口徑越大、數(shù)量越多,靈敏度和分辨率就越高,當然工程的投入也隨之水漲船高。修建大型射電天文望遠鏡由此成為國力的比拼。

  1963年,美國建造了305米口徑的阿雷西博射電望遠鏡,被譽為二十世紀十大工程之首。

  1972年,德國建造了埃菲爾斯伯格100米口徑射電望遠鏡,號稱地面最大的機器,是迄今世界上最大的可轉(zhuǎn)動射電望遠鏡。

  1993年,印度在赤道附近建造由30臺45米口徑旋轉(zhuǎn)拋物面天線組成的巨米波射電望遠鏡。

  而中國在1993年射電望遠鏡的最大口徑只有25米。這樣的差距讓中國天文學(xué)家的研究受到限制。

  常進:天文學(xué)是一個觀測學(xué)科,你沒設(shè)備就不可能進展,我們國家和國際的差距太大了。

  常進,現(xiàn)任中國科學(xué)院副院長,國家天文臺臺長,“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星的首席科學(xué)家。1993年,是他進入紫金山天文臺工作的第二年。

  記者:當時紫金山天文臺有什么?

  常進:有幾張辦公桌,紙和筆,什么都沒有,基本上那些設(shè)備都還是解放前或者解放初的。

  記者:你想干事的話,想研究的話,靠什么呢?

  常進:主要是利用國外的觀測數(shù)據(jù)或者出國去,利用國外的望遠鏡。

  記者:國外的望遠鏡可以隨意使用嗎?

  常進:也沒有,要申請。有些數(shù)據(jù)是公開的,我是搞空間天文的,國外的衛(wèi)星數(shù)據(jù)基本上是二手數(shù)據(jù)到我們。人家已經(jīng)發(fā)表了,已經(jīng)分析完了,再從那些數(shù)據(jù)里面找出一些有價值的東西。

  和其他學(xué)科相比,天文學(xué)是國際交流與合作相對活躍的領(lǐng)域。中國的天文學(xué)人可以申請國外天文臺的觀測時間進行研究,但那并不容易。也有部分人走出國門,比常進年長的南仁東就從20世紀80年代開始,在荷蘭、日本、美國及意大利等多家天文機構(gòu)做客座研究。

  他之所以認為國際合作建造大型射電望遠鏡對中國是個機會,是因為他知道大型天文望遠鏡,不僅需要巨額資金的投入,還需要有充分的技術(shù)儲備。國際合作可以彌補中國在這兩方面的欠缺。1993年末,南仁東與一批國內(nèi)天文學(xué)者達成了爭取把大射電望遠鏡建在中國的共識。

  南仁東:你必須準備,重重困難,要有心理準備,而且要有行動準備。

  行動的第一步是選址,選址需要和技術(shù)方案相匹配。三種方案:大數(shù)量、小口徑;中等數(shù)量、中等口徑,以及少量幾個或者更大一點的口徑,意味著不同的選址方向。

  南仁東:三種方案,我們只有大口徑少量的方案適合中國國情。

  100米,是全可動單口徑射電望遠鏡的極限,這是由支架的承重力決定的。美國的阿雷西博望遠鏡是個例外,它的口徑能達到305米,是因為它的臺址利用了喀斯特地貌形成的洼地。這樣做的好處,不僅是口徑可以做大,同時還能節(jié)省土方工程所需的巨額資金。而中國有著世界上最大面積的喀斯特地貌,找到既大又圓的洼坑的概率很高。

  從1994年開始的選址持續(xù)了四年時間,記錄顯示,備選臺址的數(shù)量經(jīng)歷了從3000個到300個到80個到3個的變化。最終,貴州省黔南地區(qū)平塘縣的大窩凼脫穎而出。但是,爭取國際合作這件事卻越來越渺茫。

  常進:當初南仁東提出這個方案,原創(chuàng)的思想,美國人、歐洲人對這個方案是很感興趣,但是這個望遠鏡要落在中國,西方國家不是很愿意,那他決定自己干。

  1998年3月,經(jīng)過4年跋涉,以大窩凼為臺址的FAST工程概念明確提出,53歲的南仁東親自設(shè)計了它的標志。工程概念提出后,F(xiàn)AST項目進入到預(yù)研究階段。

  在這本回憶南仁東的文集中,最早參與FAST項目的朱博勤寫道:萬事開頭難,1994年起,擺在我們面前的困難都很現(xiàn)實,比如,第一個大困難就是:缺錢。在長達13年的時間里,F(xiàn)AST的科研經(jīng)費只有幾十萬元。因為缺錢,南仁東被團隊的人戲稱為“丐幫幫主”。

  常進:我們可以看到南仁東先生的執(zhí)著,中國還是發(fā)展中國家,還很窮,必須要有限的經(jīng)費來用中國已有的技術(shù)能完成的這個技術(shù)力量實現(xiàn)中國天眼,所以很執(zhí)著,這里面當然吃的苦很多,主要是要解決一些技術(shù)問題。

  作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,F(xiàn)AST的預(yù)研究包括了臺址開挖、反射面、饋源支撐、測量與控制,接收機與終端多個系統(tǒng),總計35個子課題,分別涉及了天文、測量、控制、電子學(xué)、機械、結(jié)構(gòu)等諸多學(xué)科,在國內(nèi)外均沒有任何相關(guān)經(jīng)驗可以借鑒。預(yù)研究階段,中國科學(xué)院幾十個研究所,上百個專家團隊參與其中,顯示了中國新型舉國體制的優(yōu)勢和建制化科研的強大力量。

  2007年,F(xiàn)AST工程的整體方案和可行性報告,在經(jīng)過中國科學(xué)院內(nèi)部的激烈角逐后,成為中國科學(xué)院向國家發(fā)改委推薦的十一五建設(shè)項目。此時,距FAST啟動已有13年時間,而南仁東的生命還有10年。

  記者:為什么一個想法到能立項要經(jīng)過這么長的時間?

  常進:好多人都有各種各樣的想法,但要把一個想法變成一個成功的事情,這個中間的路,這些技術(shù)你要解決,找各種各樣的機會,找經(jīng)費,所有的科學(xué)家都經(jīng)歷過,每一步都在這樣,每天過的都是這樣的。

  記者:這叫不叫浪費時間?

  常進:我覺得這不叫浪費,我相信對南仁東先生來講也不是浪費。你所有的想法都要經(jīng)得起考驗,腦子里要轉(zhuǎn)了又轉(zhuǎn),國家的情況就是這樣,你不能指望要多少就給你多少。

  記者:如果說是大的基礎(chǔ)科學(xué)的科學(xué)裝備的話,按理說就是應(yīng)當滿足科學(xué)家的設(shè)想,但是你把錢,這個經(jīng)費的問題,始終要放在第一位去考慮,為什么?

  常進:我相信大多數(shù),包括南仁東先生想法和我一樣,我們從20世紀60年代生,經(jīng)歷了改革開放,過上今天這種日子,誰都知道,你去西部去看看,南仁東去貴州,看看老百姓過的什么日子,你就知道了。

  記者:科學(xué)家身上要承擔這么多東西嗎?

  常進:還是要有點家國情懷,國家隊,你一定要想的是國家的事,你一定要努力往上跳一跳,不能是唾手可得,給我一百億,我去弄個望遠鏡。

  記者:我們有的時候想想,南仁東先生他能把天眼做成在于他的韌性,百折不撓,那他是不是偶然呢?

  常進:我認為天眼的起步應(yīng)該是必然的,因為國家的經(jīng)濟實力也到了,這十多年不是浪費的,他是從一個別人沒有人能相信你能成功,到一步一步人家相信你可能成功,然后概率達到一定程度以后國家批準了。

  2008年10月31日,國家發(fā)展和改革委員會批復(fù)了500米口徑球面射電望遠鏡FAST的可行性研究報告;兩個月后,在貴州臺址大窩凼舉行的奠基儀式標志著FAST進入了建設(shè)階段。

  在這個轉(zhuǎn)折點上,F(xiàn)AST團隊需要年輕力量的加入。

  姜鵬:2009年,那年我正好博士畢業(yè),我看到一個招聘簡歷,就我身后的這個圖,是一個500米直徑的索網(wǎng),還能變形,它的拋物面可以在它不同部位進行形成,而且要求控制精度達到毫米級,這在我當時的認知范圍內(nèi)覺得太不可思議了,我甚至覺得這個項目可能是一個忽悠人的項目,但是這個招聘啟事又別有用心地在它的最后附上一個發(fā)改委的批文,告訴我這是一個真實存在的大科學(xué)工程。好吧,我想我就要去看看這個項目到底是怎么實現(xiàn)的。

  2009年,本科和碩士學(xué)習(xí)工程,博士攻讀固體力學(xué)的姜鵬看到了FAST項目的招聘啟事。讓他感到不可思議的,是FAST最具創(chuàng)新性的主動反射面系統(tǒng)。

  所謂主動反射面,就是FAST的球面,可以根據(jù)觀測目標的位置改變形狀,瞬時形成一個300米口徑的拋物面,用來接收并跟蹤觀測目標發(fā)出的無線電波。這是FAST和外形相似的阿雷西博望遠鏡最大的不同,相當于FAST的眼球會轉(zhuǎn)動,而阿雷西博的不會。但面積龐大的主動反射面如何改變形狀,索網(wǎng)是關(guān)鍵。它既要支撐反射面,又要讓反射面動起來。這個設(shè)計讓姜鵬感到不可思議。

  記者:既然你對它打了問號了,為什么還把簡歷投去了?

  姜鵬:就是因為它看似不可能,我才想知道它是怎么實現(xiàn)的。它這個幾乎滿足了我對一個傳奇工程所有的設(shè)想,如果它是真的話。

  記者:什么是傳奇工程?

  姜鵬:就是它太難了,看似不可能,這個東西的創(chuàng)造性,包括工程難度等等。我覺得這是很難遇到的一個工程,到現(xiàn)在來講證明我的感覺是對的。

  在經(jīng)歷了十幾分鐘的面試之后,幾乎是第二天,姜鵬就接到了被錄用的通知。在FAST團隊,他接到的第一個任務(wù)是利用力學(xué)模擬軟件做索網(wǎng)的力學(xué)模型,用來驗證索網(wǎng)概念能否成立,姜鵬用四個月完成了這個任務(wù)。通過力學(xué)模型進行評估和計算,索網(wǎng)使用的鋼索要達到500兆帕,200萬次的疲勞強度,但放眼世界,應(yīng)力幅超過300兆帕的鋼索還未誕生。曾經(jīng)在工廠從技術(shù)員干到技術(shù)科長的南仁東意識到這個問題的嚴重性。

  姜鵬:我們進行了有史以來最系統(tǒng)、最大規(guī)模的一次索疲勞試驗,如果你們沒有聽過這個報告,你們很難想象這樣一個工作是被一個叫天文臺的單位來主持研制的,天文臺不是看星星的嗎,怎么還搞這個東西?

  時過境遷之后,姜鵬可以用這樣輕松的口氣談?wù)撍髌趯嶒?,但在當時,索疲勞問題讓FAST陷入爭議中,甚至有人覺得FAST無法繼續(xù)下去。在既不能后退、又不能改變設(shè)計初衷的前提下,索疲勞實驗是FAST團隊唯一的出路。

  姜鵬:那是南仁東非常緊張的一段時間,因為那是中國天眼最顛覆性的一段風險。

  記者:在那個時間點上,你和南老之間你們身上的壓力和任務(wù)的目標都不大一樣。

  姜鵬:我是個最基層的工程師,我只負責做好我分內(nèi)的事就可以了,真正的工程負責人肯定是南老師,天塌下來有他頂著,他是非常難受的。每次我到他辦公室里,那一段時間我覺得他頭發(fā)就是立著的,我坐在那看著他走來走去,很少坐下來,之前之后都沒有見過這樣的狀態(tài)。

  實驗持續(xù)了整整兩年時間,通過涂層工藝的改進和柔性的優(yōu)化,新的鋼索逐漸接近著FAST工程的要求。

  南仁東:我們現(xiàn)在所用的鋼索應(yīng)力幅可以達到550,疲勞周期可以達到200萬,原來沒有這樣強度的東西,F(xiàn)AST推進中國的企業(yè)創(chuàng)造了一個新的鋼索標準,不是專利,你懂嗎?是標準。

  鋼索有了,索網(wǎng)的安裝又成了新的挑戰(zhàn)。

  姜鵬:之后涉及索結(jié)構(gòu)的安裝,6000多根索,2000多個節(jié)點盤,上萬個關(guān)節(jié)軸承,都是在空中一個個散拼的。工人天天都吊在幾十米高空上,后來我們對所有的索進行復(fù)查,發(fā)現(xiàn)16根做錯了,全拆了,重新裝,其實過程還是蠻艱難的。

  FAST的多個系統(tǒng)都采用了創(chuàng)新型技術(shù),在這本回憶文集中,嚴俊寫道:創(chuàng)新的左手是希望,右手是痛苦,最難的時候,老南站在FAST150多米高的饋源支撐塔上跟自己發(fā)狠:“FAST要是建壞了,我就從這兒跳下去?!?/p>

  記者:你觀察他這是一個什么老頭,他要做的這件事,他對這個項目會是一個什么樣的付出?

  姜鵬:全心全意投入,非常堅持,他其實身上還是有很多這個時代缺乏的品質(zhì)。比如執(zhí)著是其中之一,包括他非常剛直的性格,你可以說他桀驁不馴,可以用其他詞匯去形容他,這絕對是這個時代所匱乏的。

  這是FAST工程建設(shè)期間,工作組記錄到的畫面,僅僅是圈梁的落成就能讓68歲的南仁東忘情地奔跑。從1994年開始,F(xiàn)AST成了他生命中最重要的事,但就在工程建設(shè)已經(jīng)進入倒計時時,肺癌讓他不得不離開工地。手術(shù)治療傷及了他的聲帶,他無法再像以前那樣聲音洪亮,只能用氣聲講話。

  2016年9月25日,總投資11.49億元的FAST工程完工落成,人民日報在頭版頭條刊登了中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來的賀信。在這封賀信中,習(xí)近平總書記第一次把FAST工程稱為中國天眼。

  它有著總面積為25萬平方米,相當于30個標準足球場那么大的反射面,它的饋源艙重30噸,由6根鋼索控制,可以在140米高空、206米的尺度范圍內(nèi)實時定位。它無疑是龐然大物,但卻有著極高的定位精度,500米的尺度上測量角度精確到8角秒,10毫米的定位精度最高做到了3.8毫米,這是世界范圍內(nèi)射電望遠鏡在靈敏度這個重要指標上的制高點。但想要真正站到這個制高點上,F(xiàn)AST還需經(jīng)過最后一躍,那就是調(diào)試。

  南仁東:完工了以后,我當然心思都在怎么把它調(diào)試好,望遠鏡得調(diào)試,還有一段路要走。

  常進:這個調(diào)試過程中,我覺得有兩件對南仁東幫助最大的事情,一個是支持他換用年輕人,因為他二十世紀九十年代就開始起步了,當初跟他的人已經(jīng)跟了二十年了,已經(jīng)年紀大了,所以那時候讓30歲左右的年輕人上,負責人全部換成年輕人,年輕人沒日沒夜一年左右把這個望遠鏡調(diào)試成功,這個我覺得是南仁東先生比較大的一個決定。

  南仁東的這個決定,將年輕一代推到了舞臺的中央。2017年4月,F(xiàn)AST工程正式成立調(diào)試組,由姜鵬接替南仁東,擔任調(diào)試組組長。

  姜鵬:在世界上找一個第二個跟FAST工作方式類似的,你找不到,你沒有成功的經(jīng)驗可以供你參考。

  “中國天眼”落成啟用之際,習(xí)近平總書記賀信中提到,希望“高水平管理和運行好這一重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施,早出成果、多出成果、出好成果、出大成果”,中國科學(xué)院積極落實總書記要求,為了推動FAST成果產(chǎn)出,中國科學(xué)院成立了FAST科學(xué)委員會。

  常進:中國科學(xué)院支持他成立科學(xué)委員會,從全中國全世界選最優(yōu)秀的項目,用最好的望遠鏡出世界最好的成果,這就是我們現(xiàn)在中國天眼運行的指導(dǎo)思想。

  科學(xué)委員會的任務(wù)是為FAST選擇科學(xué)目標和研究課題,經(jīng)過廣泛的征集和論證,五個研究方向被確定,其中就包括多波段觀測脈沖星測時,李柯伽由此進入了科學(xué)委員會的視野中,他從2003年開始,已經(jīng)有了十年研究脈沖星的積累。只是,在FAST建設(shè)的這些年中,他只能和前輩一樣,依靠國外的觀測設(shè)備。

  李柯伽:一開始做理論,純理論研究,看別人的數(shù)據(jù)。

  記者:我以為你研究天文是要看星星,但是沒想到,你是看別人的數(shù)據(jù)。

  李柯伽:我們實際上連別人的數(shù)據(jù)都拿不到。我們只能根據(jù)別人的數(shù)據(jù),發(fā)表的論文,看他們的觀測結(jié)果,來研究我們的理論。

  李柯伽一直期待能使用FAST做觀測,但這取決于調(diào)試組的工作進展,而姜鵬帶領(lǐng)的調(diào)試組經(jīng)過分析后確定,他們的第一步是讓FAST成為一個能動的望遠鏡,第二步是成為一個好用的望遠鏡。

  記者:我還是不明白調(diào)試到底是干什么,我們以做鋼琴為例,前期建索網(wǎng)的時候,我們就打個比方,你做一架鋼琴。

  姜鵬:不用打比方,我簡單給你舉個例子,望遠鏡建成了,上面六套索掛一個饋源艙,下面一個反射面網(wǎng)兜,掛著4450塊反射面單元,這是一個望遠鏡結(jié)構(gòu)擺在那了。望遠鏡怎么動?怎么安全動?怎么高精度動?你有辦法嗎?想這個辦法的過程,解決這個問題的過程就是調(diào)試。

  調(diào)試過程異常艱難,且充滿不確定性,甚至是風險。姜鵬帶領(lǐng)的調(diào)試小組從最初的七十人左右發(fā)展到一百人,專業(yè)背景涵蓋了電子學(xué)、測量控制、天文學(xué)、力學(xué)、機械等等。2017年8月28日,F(xiàn)AST成功地對同一個天體跟蹤了兩次,一次十分鐘,一次四十分鐘。姜鵬第一時間把這個消息發(fā)給南老師,“我們的望遠鏡能跟蹤了”,南仁東的回復(fù)是“祝賀啦!結(jié)果不錯!雖然我不知道觀測細節(jié)和源的名字,下次告我即可,謝謝大家,老南”。

  18天后,南仁東辭世,享年72歲。他曾經(jīng)說過:FAST是為中國的下一代天文學(xué)家建造的,他實現(xiàn)了這個目標。

  記者:你開始用天眼是什么時候?

  李柯伽:我正式獲得授權(quán)可以利用天眼做觀測,是到了2019年下半年的時候。

  記者:2019年它在調(diào)試期就可以搜集數(shù)據(jù)了嗎?

  李柯伽:你在工程期里邊開展一些科學(xué)觀測,能搞明白儀器是不是正常工作,但是像這次,我們實際上一部分數(shù)據(jù)是在調(diào)試期獲得的,這是一個比較少見的情況。

  從拿到第一批數(shù)據(jù)開始,李柯伽領(lǐng)導(dǎo)的小組開始了三年零五個月的奔跑,姜鵬帶領(lǐng)的調(diào)試小組也在奔跑,他們用兩年時間完成了FAST的調(diào)試,和國際同類望遠鏡的調(diào)試期相比,幾乎縮短了一半時間。

  記者:你們拿到自己去分析自己得到的數(shù)據(jù)的時候,這是什么感覺?

  李柯伽:這個不光是我們自己得到的數(shù)據(jù),這個不是很嚴謹,現(xiàn)場有很多工作人員花了大量的力氣,現(xiàn)場做的觀測,把數(shù)據(jù)記錄下來,我們又翻山越嶺進去把這個數(shù)據(jù)背出來,當時我們把這個數(shù)據(jù)放到我們服務(wù)器上的時候,可以開始讀取到這個數(shù)據(jù)的時候,你覺得我們應(yīng)該是什么樣的感受?

  記者:如果說這么費勁,肯定是拿到就讀,不管幾點都要讀。

  李柯伽:對,是的,數(shù)據(jù)是中午下了飛機以后,趕到機房,我們干到第二天中午的時候,把這個基本的數(shù)據(jù)處理完了,這個時候才停下來。

  隨著服務(wù)鏈條的快速完善,很快,李柯伽的數(shù)據(jù)不再需要他們?nèi)巳膺\送。

  姜鵬:現(xiàn)在從你觀測的任務(wù)提交、評審,觀測計劃制訂,一直到數(shù)據(jù)下行,一直到數(shù)據(jù)獲取,全鏈條的,他們都不需要到現(xiàn)場。

  記者:這就屬于最后一公里你得打通了,它才能真正用起來。

  姜鵬:到現(xiàn)在為止這個望遠鏡的運行服務(wù)體系是非常完整的。

  2020年1月,F(xiàn)AST通過國家驗收。2021年3月,F(xiàn)AST正式向全球開放共享,已有14個國家(不含中國)的27份國際項目獲得批準并啟動科學(xué)觀測。在FAST運維團隊的努力下,它的年觀測時長從5300小時增加到6000小時,達到了國際同類大科學(xué)裝置的水平。

  姜鵬:現(xiàn)在望遠鏡一年運行六千多個機時是我們之前沒想到的。

  記者:為什么能做到呢?

  姜鵬:我們做的工程質(zhì)量還是過硬的,另外我們想了很多奇思妙想的辦法,我們是第一個把激光測量技術(shù)做成系統(tǒng)融合的,在其他地方根本找不到,包括反射面用力學(xué)模型來指導(dǎo),也是全世界可能第一,這都是我們自己想出的辦法。

  記者:你們會有供不應(yīng)求的感覺嗎?我可利用的小時就這么多,但是跟我提出要求的科學(xué)家有多少。

  姜鵬:這太多了,經(jīng)常有人給我打電話,說時間能不能再多出來一點,確實我們已經(jīng)盡力了,現(xiàn)在申請的資助比例大概是六個小時才能支持一個小時,所以這個也基本上是國際上一流望遠鏡的競爭水平。

  在FAST的保障下,中國脈沖星測時陣列小組只用了三年零五個月,就獲取了有說服力的數(shù)據(jù)。在四支脈沖星測時陣列團隊同時發(fā)布的報告中,中國團隊的數(shù)據(jù)置信度是最高的,李柯伽下一步的工作就是通過數(shù)據(jù)積累,讓置信度達到五個西格瑪。

  記者:這意味著你們要做多少工作呢?

  李柯伽:我們的估計是下一輪數(shù)據(jù)發(fā)布,中國脈沖星測時陣列合作團隊下一輪數(shù)據(jù)發(fā)布,應(yīng)該就可以到5個sigma了。

  記者:如果你們走出了領(lǐng)先了一點點,別人在后面領(lǐng)先也有可能吧。

  李柯伽:完全有可能。

  姜鵬:因為現(xiàn)在面臨的國際競爭其實還是蠻激烈的,其實很多國家一看FAST建成了,他們也在想辦法,因為這個是他們一直領(lǐng)先的一個領(lǐng)域,突然有人超越出來,他們也要,競爭是永遠存在的,我希望能提早去考慮這些事情,這樣我們中國天文學(xué)家才會持續(xù)不斷產(chǎn)生領(lǐng)先世界的科學(xué)成果。

  自人類進入到大科學(xué)時代以來,科學(xué)前沿的革命性突破,越來越依賴重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,即大科學(xué)裝置的建設(shè),“中國天眼”的運行為依托大科學(xué)裝置開展建制化研究提供了可借鑒的模式??茖W(xué)委員會和時間分配委員會共同統(tǒng)籌望遠鏡運行的相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃,既要更好地發(fā)揮其科學(xué)效能,同時也要促進重大基礎(chǔ)研究科學(xué)成果的產(chǎn)出。未來,圍繞“中國天眼”布局的引力波探測研究、射電天文大數(shù)據(jù)等科技中心,還將發(fā)揮輻射、引領(lǐng)及推動作用,成為重要的人才培養(yǎng)基地。

  姜鵬:包括我們整個團隊的工作方式也是典型的中國科學(xué)院建制化工作方式。建制化工作方式就是一個有組織的管理方式,你看我們這個團隊150個人大團隊,分著各種專業(yè),像天文學(xué)的,力學(xué)的,結(jié)構(gòu)的,測量的,控制的,電子學(xué)的等等,是一個大規(guī)模的組織方式集中組織望遠鏡的調(diào)試、運行這些方面的工作,所以這也是我們能做得比較好的非常重要的因素。

  中國天眼FAST從無到有的歷程,其實是國家對基礎(chǔ)研究日漸重視、對重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的投入日漸增多的過程,重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是國之重器,僅以天文領(lǐng)域為例:2015年郭守敬望遠鏡的落成,悟空探測衛(wèi)星的成功發(fā)射,和FAST一起,成就了中國科學(xué)家對宇宙更深遠的探索,而正在研制中的中國首個大型巡天空間望遠鏡更是讓人充滿期待。

  記者:常院長你看如果說把天文學(xué)作為一個整體的科學(xué)研究的領(lǐng)域,它是多方面的,剛才我們說到的悟空,還有天眼,它是兩根非常長的板子。但是它是一個木桶,如果我們就是這兩根板長。那么接下來我們是繼續(xù)把每一個板子都要做到這么長,還是說我們就把這個長的做更長。

  常進:天眼我們已經(jīng)掌握了這個技術(shù),所以我們要鍛造更長的板子,現(xiàn)在中國科學(xué)院正在組織隊伍進行升級,在周圍有可能布一些小的望遠鏡,先做成一個核心陣,最關(guān)鍵還是光學(xué),我們光學(xué)這一個波段,跟國際上的差距還是很大的。

  記者:李柯伽老師說天眼很厲害,但是國外同行正在建比天眼大六倍的,而且有這個望遠鏡的陣列。當聽到這樣消息的時候,我們會有什么樣的感受?

  常進:第一個是向領(lǐng)導(dǎo)匯報,第二個希望國家盡快立項。我們布置了幾個隊伍,誰干得好就用誰的,要用新技術(shù)。準備工作做好了,等國家批準了,我們立即就跑,而不是再去找衣服,換鞋子什么的。

【編輯:劉陽禾】

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