眼力決定眼界。1月11日，當(dāng)被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡通過國家驗(yàn)收正式開放運(yùn)行，成為全球最大且最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，也意味著人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃，眼界更加開闊。

2顆，11顆，43顆，93顆，102顆……從2017年10月“中國天眼”首次發(fā)現(xiàn)2顆脈沖星，到11日召開的國家驗(yàn)收會(huì)上公布已發(fā)現(xiàn)102顆脈沖星，它兩年多來發(fā)現(xiàn)的脈沖星超過同期歐美多個(gè)脈沖星搜索團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)量的總和。

大器晚成，問鼎射電望遠(yuǎn)鏡之巔

“中國天眼”的靈敏度達(dá)到世界第二大射電望遠(yuǎn)鏡的2.5倍以上，可有效探索的空間范圍體積擴(kuò)大4倍，使科學(xué)家有能力發(fā)現(xiàn)更多未知星體、未知宇宙現(xiàn)象、未知宇宙規(guī)律……

驗(yàn)收會(huì)上，中科院院士武向平等6位專家分別宣讀工藝驗(yàn)收、電波環(huán)境保護(hù)等驗(yàn)收意見，國家發(fā)改委高技術(shù)司副司長沈竹林宣布“中國天眼”各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)，主要性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，具備了開放運(yùn)行條件。

國家天文臺(tái)研究員、“中國天眼”總工程師姜鵬認(rèn)為，通過國家驗(yàn)收意味著“中國天眼”完成了工程師和科學(xué)家之間的交接棒，“火力全開”投入科學(xué)觀測(cè)，接下來兩三年內(nèi)將有一系列重要科學(xué)產(chǎn)出，同時(shí)進(jìn)一步穩(wěn)定望遠(yuǎn)鏡的性能。

古人感嘆，天邊眼力破萬里；而今，“天眼”的眼力破億光年。它靜若處子，除了反射面變形時(shí)上千個(gè)液壓促動(dòng)器一齊低吼，幾乎不會(huì)動(dòng)。它又迅若奔雷，每秒最高傳輸基帶數(shù)據(jù)38G，每小時(shí)接收的平均有效科學(xué)數(shù)據(jù)約3.6T。

從宇宙星辰，到基本粒子，人類的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新越來越離不開強(qiáng)大的科研儀器，特別是大科學(xué)裝置，與創(chuàng)新思維共同構(gòu)成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突破的必要條件。

中科院院士、天體物理學(xué)家方成認(rèn)為，中國曾是世界上天文記錄最久遠(yuǎn)、最完整的國家。在超過3000年的時(shí)間里，連續(xù)不斷地記錄著各種天文現(xiàn)象，包括日食和月食、太陽黑子、彗星和流星、客星（新星和超新星）等。中國古代天文學(xué)家編制了100多種天文歷法，也發(fā)明了大量的天文儀器。

“但近代以來，中國天文學(xué)跟其他科學(xué)技術(shù)一樣，大大落后于率先完成工業(yè)革命的西方國家，很多先進(jìn)的儀器見都沒見過。”國家天文臺(tái)研究員韓金林說，即便在上世紀(jì)，老一輩天文學(xué)家也只能尋求與國外合作，相當(dāng)于借用別人的望遠(yuǎn)鏡，大多只能做一些邊緣課題。

以王綬琯、南仁東等為代表的中國第一代、第二代天文學(xué)家，努力縮小中國與世界先進(jìn)水平的差距，擔(dān)起“趕潮兒”的責(zé)任。

1993年，包括中國在內(nèi)的10個(gè)國家的天文學(xué)家，提出建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”的倡議，渴望回溯原初宇宙，解答天文學(xué)難題。

當(dāng)時(shí)，懷著回報(bào)民族的赤誠和描繪宇宙的初心，活躍在國際天文界的南仁東毅然回國，力主中國獨(dú)立建造射電“大望遠(yuǎn)鏡”。

從1994年開始選址和預(yù)研究，到2016年9月25日“中國天眼”落成啟用，南仁東率團(tuán)隊(duì)用20多年幫助中國實(shí)現(xiàn)了追趕——建成了世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡。

目光如炬，摘星于百億光年之外

可能有人會(huì)問，既然“中國天眼”3年前落成啟用了，為什么今天才驗(yàn)收呢？實(shí)際上，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)家的各種觀測(cè)意圖，達(dá)成穩(wěn)定可靠的靈敏度，對(duì)望遠(yuǎn)鏡來說并非易事。

從世界最大到世界最靈敏，正是“中國天眼”3年來一刻不停調(diào)試和試觀測(cè)的目標(biāo)和成果。它的觀測(cè)范圍能企及河外星系甚至百億光年之外的宇宙邊緣。

靈敏度和分辨率是射電望遠(yuǎn)鏡的兩大核心指標(biāo)。由于星體距離地球十分遙遠(yuǎn)，到達(dá)地球時(shí)能量微弱，靈敏度是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)暗弱天體的能力，而要想進(jìn)一步看清遙遠(yuǎn)天體的真實(shí)面貌，就要依靠分辨率。

“靈敏度是最‘硬’的指標(biāo)，基本由望遠(yuǎn)鏡的口徑限定死了。相比之下，分辨率則可以通過多臺(tái)相對(duì)小的望遠(yuǎn)鏡協(xié)同配合來提高。”國家天文臺(tái)副研究員錢磊介紹。

“開創(chuàng)了建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式，突破了傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的工程極限，采用全新設(shè)計(jì)方案、口徑更大的‘中國天眼’，比國外同類望遠(yuǎn)鏡的調(diào)試期更短，遠(yuǎn)超國際慣例和同行預(yù)期?！苯i說。

從下面的幾組數(shù)據(jù)，我們可以窺見“中國天眼”的身形：

大——反射面由4450個(gè)反射單元構(gòu)成，總面積為25萬平方米，相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)那么大。如果把它看成是一口盛滿水的鍋，容量夠全世界每個(gè)人分到4瓶水。

巧——30噸的饋源艙通過6根鋼索控制，可以在140米高空、206米的尺度范圍內(nèi)實(shí)時(shí)定位。

強(qiáng)——能看見更遙遠(yuǎn)暗弱的天體，它1分鐘就能發(fā)現(xiàn)的星體，即使把坐標(biāo)提供給百米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，對(duì)方也要9分鐘才能看見。

精——500米的尺度上測(cè)量角度精確到8角秒，10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米。

“但這些設(shè)計(jì)、性能和精度不是理所當(dāng)然的。”姜鵬說，“天眼”的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的。要實(shí)現(xiàn)反射面變形，對(duì)抗疲勞性能的要求極高，現(xiàn)成的鋼索實(shí)驗(yàn)中都斷了。如果這個(gè)材料和工藝層面的問題不解決，整個(gè)項(xiàng)目就要停滯。

回憶10年前的“索網(wǎng)攻關(guān)”，姜鵬記憶猶新：“我們進(jìn)行了可能是有史以來最系統(tǒng)、最大規(guī)模的索疲勞試驗(yàn)，經(jīng)過近百次失敗，終于研制出超高耐疲勞鋼索，在200萬次循環(huán)加載條件下可達(dá)500MPa應(yīng)力幅，國際上尚無先例?！?

實(shí)際上，整個(gè)團(tuán)隊(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的研制過程，幾乎都是如履薄冰。從26年前以南仁東為代表的幾位科學(xué)家，發(fā)展到今天100人左右、平均年齡35歲、能獨(dú)立自主設(shè)計(jì)建造大型射電望遠(yuǎn)鏡和同類天線的隊(duì)伍，前后4代科研工作者前赴后繼、扎根深山，不負(fù)當(dāng)代天文學(xué)“弄潮兒”。