人類關(guān)于宇宙新知的探索又邁進(jìn)了一步。

25日，有著“超級天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)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。

1609年，意大利科學(xué)家伽利略用自制的天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面高低不平的環(huán)形山，成為利用望遠(yuǎn)鏡觀測天體第一人。

400多年后，代表中國科技高度的大射電望遠(yuǎn)鏡，將首批觀測目標(biāo)鎖定在直徑10萬光年的銀河系邊緣，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(xiàn)的天性不斷追尋的問題。在發(fā)現(xiàn)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(xiàn)”的高手，大射電成我國天文學(xué)躋身世界一流的突破口

望遠(yuǎn)鏡“鍋蓋”越大越靈敏，500米的“超級天眼”究竟有多靈敏?科學(xué)家打了個比方，有人在月亮上打手機(jī)，也逃不過它的“眼睛”。

而對老一輩天文學(xué)家來說，擁有這樣的望遠(yuǎn)鏡一直是個夢。我國天文學(xué)長期落后，主要受制于望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。

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

走過蹣跚學(xué)步、仰望西方強(qiáng)國的階段，近年來我國陸續(xù)建成5座射電望遠(yuǎn)鏡，口徑從25米到65米不等。不過，與美國的305米口徑和德國100米口徑射電望遠(yuǎn)鏡相比，我們的射電望遠(yuǎn)鏡觀測能力還比較有限。

“天文設(shè)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(yuǎn)鏡比較難。國內(nèi)外設(shè)備差距比較大，缺乏平等合作的基礎(chǔ)。”國家天文臺“百人計劃”研究員、500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程科學(xué)部主任朱明說，只有走自主研制之路，才可以扭轉(zhuǎn)這一局面。

“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡建成，將為我國天文學(xué)躋身世界一流創(chuàng)造條件。”中科院國家天文臺臺長嚴(yán)俊表示。

國家天文臺射電天文研究部首席科學(xué)家、“千人計劃”專家李菂說，中國大射電在很多領(lǐng)域都具備超強(qiáng)的能力:發(fā)現(xiàn)氣體星系有望在過去的基礎(chǔ)上提高10倍，發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量有望翻倍，有望發(fā)現(xiàn)新的星際分子……

射電望遠(yuǎn)鏡誕生至今，人類發(fā)現(xiàn)約2500顆脈沖星，它們?nèi)课挥阢y河系內(nèi)?？茖W(xué)家們將中國大射電首批觀測目標(biāo)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(xiàn)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(yīng)用于空間飛行器導(dǎo)航領(lǐng)域。”嚴(yán)俊說，目前國內(nèi)外相關(guān)研究都處于概念階段。

拓寬科技維度，“天眼”聯(lián)網(wǎng)才能洞穿宇宙迷霧

今天天文領(lǐng)域講究立體化作戰(zhàn)，僅有500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡還遠(yuǎn)不夠。從某一點看宇宙，視野有限，望遠(yuǎn)鏡要形成陣列才能發(fā)揮更強(qiáng)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(lǐng)域也需要更強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡，才能形成比較完備的觀測體系。”朱明解釋說。

按計劃，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡將和我國其他5座射電望遠(yuǎn)鏡組成“天眼”群--甚長基線干涉測量網(wǎng)，并主導(dǎo)國際射電領(lǐng)域的低頻測量網(wǎng)，從而更好地獲取天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)。

未來5至10年，大射電等項目只是我國大望遠(yuǎn)鏡建設(shè)浪潮的前浪。據(jù)嚴(yán)俊透露，中國12米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)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(xué)望遠(yuǎn)鏡是位于云南麗江的2.4米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，與國際上領(lǐng)先的西班牙10.4米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、美國10米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和日本8米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡等仍有較大差距。

12米光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡建成后將為暗能量本質(zhì)、引力波源光學(xué)認(rèn)證和研究、太陽系外類地行星探測、超大質(zhì)量黑洞、第一代恒星等前沿科學(xué)問題提供在國際上有競爭力的觀測平臺。

有紅外望遠(yuǎn)鏡，就有紫外望遠(yuǎn)鏡和X射線望遠(yuǎn)鏡，我國正計劃把望遠(yuǎn)鏡家族的基地拓展到空間領(lǐng)域。

今年年底，我國將發(fā)射自主研制的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，它可以進(jìn)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(xiàn)象。

“隨著我國空間站逐步具備維護(hù)在軌航天器功能，建造中國版‘哈勃’太空望遠(yuǎn)鏡的呼聲也越來越高。”嚴(yán)俊說，立體化作戰(zhàn)的望遠(yuǎn)鏡集群，不僅將大幅提升我國在天文科學(xué)與技術(shù)方面的自主創(chuàng)新能力，還能廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、定位、航天、深空探測等領(lǐng)域。

二十年“鑄天鏡”，開啟射電天文學(xué)的“黃金時代”

天文學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)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(xué)家在研究中的副產(chǎn)品WLAN技術(shù)，成了今天每個人生活都離不開的WIFI技術(shù)的前身;天文學(xué)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(shè)施的投入，是綜合國力提升的體現(xiàn)，也是工業(yè)制造水平的縮影。”中科院國家天文臺500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程副經(jīng)理彭勃說。

為了建造500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，我國天文學(xué)家等待了22年，研究和建設(shè)團(tuán)隊也從1994年以南仁東、彭勃為核心的5人小組擴(kuò)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(yuǎn)鏡項目，包括世界上正在研制的兩套新一代巨型望遠(yuǎn)鏡--30米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和平方公里陣射電望遠(yuǎn)鏡。

30米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡拼接主鏡將具備9倍于當(dāng)今最大望遠(yuǎn)鏡的集光能力，圖像分辨率也將比當(dāng)前所能達(dá)到的最高分辨率高3倍。根據(jù)不同觀測目標(biāo)和方法，它的探測深度將是現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡的10至100倍。

平方公里陣射電望遠(yuǎn)鏡項目由兩套先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡設(shè)備構(gòu)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200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10萬個偶極天線組成，看起來像“電視天線”。它們將被科學(xué)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(xué)研究和天文設(shè)施都是開放的，先進(jìn)的天文設(shè)施建起來了，就需要優(yōu)秀的研究團(tuán)隊。國家天文臺正千方百計吸引國內(nèi)知名專家和學(xué)者，利用大射電等先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡開展前沿科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的研究，爭取早出成果。

“過去國內(nèi)天文觀測條件有限，我國天文學(xué)科發(fā)展相對較弱。”嚴(yán)俊說，隨著天文觀測設(shè)施的豐富，國內(nèi)著名高校正在加強(qiáng)天文學(xué)科的專業(yè)建設(shè)，今后還要強(qiáng)化高校與天文觀測臺站之間的合作。

關(guān)鍵技術(shù)無先例可循、關(guān)鍵材料急需攻關(guān)、核心技術(shù)遭遇封鎖……從預(yù)研到建成的22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(xiàn)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(xué)事業(yè)奠定了基礎(chǔ)，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(xué)其實就在他們心里埋下了種子。”李菂說，希望天文學(xué)課程將來可以走進(jìn)課堂，激發(fā)孩子們觀察星空、探索宇宙的興趣。

“天文學(xué)的發(fā)展，是全人類認(rèn)識宇宙的智慧結(jié)晶。未來20年是射電天文乃至天文學(xué)的‘黃金時代’，不斷增強(qiáng)的科技創(chuàng)新力，讓我們擁有向宇宙更深處探索、實現(xiàn)前沿科學(xué)領(lǐng)域突破的信心。”彭勃說。(執(zhí)筆記者:陳芳、齊健;參與記者:王麗、吳晶晶、駱飛、白國龍)