文丨竇道琴

借我一雙“慧眼”
——“超級天眼”的探索與追問

文丨竇道琴

人類關于宇宙新知的探索又邁進了一步。

2 5日，有著“超級天眼”之稱的5 0 0米口徑球面射電望遠鏡將在貴州平塘的喀斯特洼坑中落成啟用，吸引著世界目光。

1 6 0 9年，意大利科學家伽利略用自制的天文望遠鏡發(fā)現了月球表面高低不平的環(huán)形山，成為利用望遠鏡觀測天體第一人。

4 0 0多年后，代表中國科技高度的大射電望遠鏡，將首批觀測目標鎖定在直徑1 0萬光年的銀河系邊緣，探究恒星起源的秘密，也將在世界天文史上鐫刻下新的刻度。

宇宙到底有多大？這是人類秉承探索發(fā)現的天性不斷追尋的問題。在發(fā)現未知地帶的征程中，中國天文人將不畏艱苦、不斷創(chuàng)新，奏響探索宇宙的新暢想曲。

“發(fā)現”的高手，大射電成我國天文學躋身世界一流的突破口

望遠鏡“鍋蓋”越大越靈敏，5 0 0米的“超級天眼”究竟有多靈敏？科學家打了個比方，有人在月亮上打手機，也逃不過它的“眼睛”。

而對老一輩天文學家來說，擁有這樣的望遠鏡一直是個夢。我國天文學長期落后，主要受制于望遠鏡設備。

二戰(zhàn)后射電天文學方興未艾，接連涌現類星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射四大天文發(fā)現，而我國在這一領域卻長期處于空白狀態(tài)。

走過蹣跚學步、仰望西方強國的階段，近年來我國陸續(xù)建成5座射電望遠鏡，口徑從2 5米到6 5米不等。不過，與美國的3 0 5米口徑和德國1 0 0米口徑射電望遠鏡相比，我們的射電望遠鏡觀測能力還比較有限。

“天文設備按國際慣例都是開放的，但中國人要獨立申請使用國外望遠鏡比較難。國內外設備差距比較大，缺乏平等合作的基礎?！眹姨煳呐_“百人計劃”研究員、5 0 0米口徑球面射電望遠鏡工程科學部主任朱明說，只有走自主研制之路，才可以扭轉這一局面。

“5 0 0米口徑球面射電望遠鏡建成，將為我國天文學躋身世界一流創(chuàng)造條件?！敝锌圃簢姨煳呐_臺長嚴俊表示。

國家天文臺射電天文研究部首席科學家、“千人計劃”專家李菂說，中國大射電在很多領域都具備超強的能力：發(fā)現氣體星系有望在過去的基礎上提高1 0倍，發(fā)現的脈沖星數量有望翻倍，有望發(fā)現新的星際分子……

射電望遠鏡誕生至今，人類發(fā)現約2 5 0 0顆脈沖星，它們全部位于銀河系內?？茖W家們將中國大射電首批觀測目標鎖定在銀河系外，希望依靠其超群的靈敏度搜尋河外星系的脈沖星。

“發(fā)現更多脈沖星，從脈沖星中遴選出脈沖信號穩(wěn)定的毫秒級脈沖星，將來有望應用于空間飛行器導航領域?！眹揽≌f，目前國內外相關研究都處于概念階段。

拓寬科技維度，“天眼”聯(lián)網才能洞穿宇宙迷霧

今天天文領域講究立體化作戰(zhàn)，僅有5 0 0米口徑球面射電望遠鏡還遠不夠。從某一點看宇宙，視野有限，望遠鏡要形成陣列才能發(fā)揮更強威力。

“大射電擅長的觀測頻率是中低頻，而高頻的亞毫米波、毫米波領域也需要更強的望遠鏡，才能形成比較完備的觀測體系。”朱明解釋說。

按計劃，5 0 0米口徑球面射電望遠鏡將和我國其他5座射電望遠鏡組成“天眼”群——甚長基線干涉測量網，并主導國際射電領域的低頻測量網，從而更好地獲取天體超精細結構。

未來5至1 0年，大射電等項目只是我國大望遠鏡建設浪潮的前浪。據嚴俊透露，中國1 2米光學紅外望遠鏡已初步通過專家評審，有望于“十三五”規(guī)劃期間立項。

目前，我國最大的光學望遠鏡是位于云南麗江的2．4米光學望遠鏡，與國際上領先的西班牙1 0．4米光學望遠鏡、美國1 0米光學望遠鏡和日本8米光學望遠鏡等仍有較大差距。

1 2米光學紅外望遠鏡建成后將為暗能量本質、引力波源光學認證和研究、太陽系外類地行星探測、超大質量黑洞、第一代恒星等前沿科學問題提供在國際上有競爭力的觀測平臺。

有紅外望遠鏡，就有紫外望遠鏡和X射線望遠鏡，我國正計劃把望遠鏡家族的基地拓展到空間領域。

今年年底，我國將發(fā)射自主研制的硬X射線調制望遠鏡衛(wèi)星，它可以進行寬波段大天區(qū)X射線巡天成像，具有獨特的觀測黑洞、中子星等高能天體多波段X射線快速光變的能力，并可以監(jiān)視天空的高能爆發(fā)現象。

“隨著我國空間站逐步具備維護在軌航天器功能，建造中國版‘哈勃’太空望遠鏡的呼聲也越來越高?！眹揽≌f，立體化作戰(zhàn)的望遠鏡集群，不僅將大幅提升我國在天文科學與技術方面的自主創(chuàng)新能力，還能廣泛應用于導航、定位、航天、深空探測等領域。

二十年“鑄天鏡”，開啟射電天文學的“黃金時代”

天文學領域的技術看上去顯得“高大上”，但實際上離我們的生活卻很近：射電天文學家在研究中的副產品WLAN技術，成了今天每個人生活都離不開的W I F I技術的前身；天文學類地行星的研究，讓我們有了與“來自星星的你”交流的靈感……

“古有十年磨一劍，今有二十年‘鑄天鏡’。國家加大對天文觀測設施的投入，是綜合國力提升的體現，也是工業(yè)制造水平的縮影?！敝锌圃簢姨煳呐_5 0 0米口徑球面射電望遠鏡工程副經理彭勃說。

為了建造5 0 0米口徑球面射電望遠鏡，我國天文學家等待了2 2年，研究和建設團隊也從1 9 9 4年以南仁東、彭勃為核心的5人小組擴展至上百人。

自主創(chuàng)新的同時，我國還參與多個國際合作的望遠鏡項目，包括世界上正在研制的兩套新一代巨型望遠鏡——3 0米光學望遠鏡和平方公里陣射電望遠鏡。

3 0米光學望遠鏡拼接主鏡將具備9倍于當今最大望遠鏡的集光能力，圖像分辨率也將比當前所能達到的最高分辨率高3倍。根據不同觀測目標和方法，它的探測深度將是現有望遠鏡的1 0至1 0 0倍。

5 0 0米口徑球面射電望遠鏡項目由兩套先進的望遠鏡設備構成，一套是位于南部非洲的蝶形天線陣，另一套是位于澳大利亞的低頻孔徑陣列。蝶形天線陣由2 0 0面拋物面天線組成，看起來像“衛(wèi)星鍋蓋”；低頻孔徑陣列由超過1 0萬個偶極天線組成，看起來像“電視天線”。它們將被科學家用來觀測宇宙“黑暗時代”，并搜尋地外文明的蛛絲馬跡。

中科院國家天文臺副臺長鄭曉年說，天文學研究和天文設施都是開放的，先進的天文設施建起來了，就需要優(yōu)秀的研究團隊。國家天文臺正千方百計吸引國內知名專家和學者，利用大射電等先進望遠鏡開展前沿科學和應用技術的研究，爭取早出成果。

“過去國內天文觀測條件有限，我國天文學科發(fā)展相對較弱?！眹揽≌f，隨著天文觀測設施的豐富，國內著名高校正在加強天文學科的專業(yè)建設，今后還要強化高校與天文觀測臺站之間的合作。

關鍵技術無先例可循、關鍵材料急需攻關、核心技術遭遇封鎖……從預研到建成的2 2年時間里，我國老中青三代科技工作者克服了不可想象的困難，實現了由跟蹤模仿到集成創(chuàng)新的跨越，也為更多人投身這項科學事業(yè)奠定了基礎，點燃了人類向往太空的激情。

“從孩子第一次抬頭看到星星的那一刻，天文學其實就在他們心里埋下了種子?！崩钋呎f，希望天文學課程將來可以走進課堂，激發(fā)孩子們觀察星空、探索宇宙的興趣。

“天文學的發(fā)展，是全人類認識宇宙的智慧結晶。未來2 0年是射電天文乃至天文學的‘黃金時代’，不斷增強的科技創(chuàng)新力，讓我們擁有向宇宙更深處探索、實現前沿科學領域突破的信心。”彭勃說。

（新華社）