长江日报记者李煦
位于贵州省平塘县的“中国天眼”FAST是迄今世界最大单天线射电望远镜。建FAST的概念1993年提出,23年后在中国实现,之间有哪些罕为人知的细节和故事?建“天眼”花了多少钱,建成后又办了多少事,当地为“天眼”做了哪些牺牲,“天眼”又如何造福当地?这些,在彭勃的《天眼工程》里都能找到答案。
彭勃,1994年共同发起、提出和发展FAST中国概念,1998年任FAST项目委员会主任,2005年任FAST实验室主任,2008年任国家重大科技基础设施FAST工程副经理,2018年任中国科学院FAST重点实验室主任、贵州射电天文台台长,挂职贵州省科技厅副厅长。2019年任FAST运行和发展中心副主任。特别要说的是,他和已故的南仁东是同门师兄弟。
《天眼工程:大射电望远镜FAST追梦实录》,彭勃 著,上海科技教育出版社
“天眼”团队从零起步
办大事离不开钱。彭勃在书里详细介绍了与“天眼工程”有关的“钱事”。
1995年12月,贵州省一位副省长来到北京天文台总部,这是第一个探访“天眼”团队的贵州省领导,双方谈得很好。当晚,课题组在北大畅春园烤鸭店贵宾厅设宴。彭勃手里攥着刚批下来的2万元经费,为贵宾厅租金而心疼,为省钱,他要的酒是二锅头。南仁东当面说他“小气、抠”,彭勃笑答:这是北京真正的土酒。客人倒很开心:喝什么都是感情!
没错,这2万元就是中国“天眼工程”第一笔经费。彭勃毫不讳言,整个团队一开始就像“丐帮”,大家抓住各种机会“化缘”。1996年中科院又拨款5万元,彭勃称之为“救命钱”。到1998年,团队拿到第一笔“大钱”:400万。
国家决定工程上马的时候,批复的总投资是6.6723亿元,到工程决算,花了12亿元。之所以造价翻了一倍,主要是由于技术指标、设计方案不断修改所致。根据国际规律,大天文装置每年的运行费约为建设费的10%,据此,中国“天眼”运行30年就要花36亿元。
国家投巨额资金建“天眼”,目的是什么?
作为地面最大的单天线射电望远镜,“天眼”将为我们带来一系列突破性的科学进展。可以探索宇宙起源和演化。通过精确测定毫秒脉冲星的到达时间,“天眼”可以检测引力波。利用“天眼”观测星际分子,可以探索宇宙生命起源。利用“天眼”搜索星际通信,可以寻找地外文明。“天眼”还将主导国际甚长基线VLBI网,为天体超精细结构成像。“天眼”还可以参与国际深空探测器的定轨、遥控和通信领域的科学合作。
就拿脉冲星来说,被誉为宇宙中最精确的钟,有可能提供新的时间标准和导航系统。在天空飞行器上,对一组毫秒脉冲星实时观测,可不依赖人工信标而确定飞行器空间坐标及速度,实现自主导航。这样的定位精度不随远离地球而下降,可以作为潜在的导航技术。“天眼”是探测脉冲星的理想设备。
此外,“天眼”回答的问题不仅是天文的,也是面对人类与自然的。它在日地空间环境研究、国家安全等方面发挥着不可替代的作用。“天眼”作为威力巨大的被动雷达,可以直接截获飞行物的静电放电、反射和本身的发射信号;可以服务军民用通信、卫星定位;服务太空天气预报。
那么,中国“天眼”建成5年来,取得了哪些成果?
公元1054年,中国人观测并首次准确记载了蟹状星云超新星事件。“天眼”第一眼就望向蟹状星云,这是千年溯源,向“老祖宗”致敬。2017年8月,还处于调试期的“天眼”首次发现脉冲星,实现中国望远镜脉冲星发现“零”的突破!
2020年,基于“天眼”观测,一周时间连发了两篇《自然》期刊论文。当年12月15日,《自然》官网公布了2020年十大科学发现,“中国天眼”在快速射电暴方面的研究成果入选,这是天文学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴。
截至2021年2月,“天眼”探测到逾300颗新脉冲星,占全世界射电望远镜50年发现的脉冲星总数的约10%。彭勃在书中作出两大预言,一是“天眼”发现的脉冲星数量将超越其他射电望远镜发现的总数;二是“天眼”将催生中国诺贝尔奖级的工作成果。
“天眼”历程:从2011年的一块洼地,到2013年的工地,再到2016年落成。
机场、航线和“村村通”都为“天眼”让路
电磁波环境对于射电望远镜来说,相当于空气对于人类,是生死攸关的大事。
“天眼”的探测功能强大,就连月球上有一部手机,它都能探测到;反过来说,这种超高灵敏度让它极易受到外部移动通信、雷达、广播电台、机载无线电设备的干扰,影响数据质量,降低观测效率,最终影响科学产出。如果是强干扰,将导致“天眼”接收机饱和甚至损坏。
“天眼”团队发现,就连日光灯也会干扰接收。他们在与美国同行交流时,对方友好提醒,基地最好使用柴油车,因为汽油车的点火器对望远镜有干扰,即便是柴油车,也要注意屏蔽车载电脑。
打造一个电磁波的宁静环境,成为保障“天眼”的决定性因素。为此,当地两次立法,以“天眼”为中心,划定了半径5公里的核心保护区、半径10公里的中央协调区、半径30公里的边远协调区,采取了不同的电磁波保护措施。
为此,首先“让路”的是“村村通”工程。该工程旨在让村村通电话、乡乡能上网,无疑对“天眼”有很大影响。2005年,信息产业部、国家无线电监测中心、中国电信、“村村通”制造商以及广西、贵州有关部门召开协调会,彭勃代表天文台与会。“经过激烈讨论”,“村村通”还是服从了“天眼”大局。
然后是航线。2003年选址平塘县的时候,当地上空没有航线,当然也没有无线电导航;到2015年建设时,当地上空已经有两条民航航线,最多时每天200架次航班。这是中国经济高速发展的一个缩影,但也给“天眼”带来了隐患。
让民航航线改道,这牵涉大量成本,手续非常复杂。2016年10月,彭勃约见记者,以内参形式向上反映问题;12月,各方召开协调会,决定在“天眼”上空设置飞行管控区,现有航线移出,以后不再设置新航线;2017年8月,“改道”完成,笼罩在“天眼”上的“重度雾霾”消失,就在当晚,“天眼”第一眼就发现了一颗脉冲星!
还有机场。2012年,彭勃得到消息,与平塘县相邻的罗甸县要建机场,这当然是贵州社会经济发展的大事,但是为了“天眼”,天文台没有选择。在“罗甸机场选址走了相当长的弯路”以后,天文台发函,反对罗甸机场选址;2018年,贵州省决定,停建罗甸机场。
“天文经济”造福一方 “天眼工程”培育一代新人
贵州如此付出,“天眼”自然也反哺贵州。2013年和2016年,国家天文台先后将两颗小行星命名为“平塘星”和“黔南星”,提高了平塘县及其所属黔南州的名气。
围绕“天眼”附近的若干乡镇,打造了“天文小镇”和天文经济。
“天眼”所在的平塘县克度镇,15年前无一家旅馆、餐馆,目前已拥有近百家宾馆饭店。2016年“天眼”落成时,天文小镇上的第一家五星级宾馆——星辰天缘大酒店试营业,迎来第一批房客:诺贝尔物理学奖得主以及国内外天文台台长、中国的院士学者们。现在,天文小镇每年举办数十场大型国内外会议,中外著名科学家纷至沓来。
天文小镇助力扶贫,以星辰天缘大酒店为例,宾馆带动当地就业约100人,员工基本薪金在4000元至12000元人民币不等。宾馆的美食被冠以“天文猪蹄王”品牌,村镇的小旅馆也被冠以“星缘旅馆”之名,小镇上的天文元素无处不在。
天文小镇以日均1000人即年均30万名访客估计,若人均消费1000元,将产生3亿元人民币经济效益;事实上不止此数,2018年,访客已逾40万名!
除了看得见的经济效益,对“人”的影响是更深远的。“天眼”首先大力推动了贵州的天文学科建设。目前,全国拥有天文本科教育的高校共有16所,北京有四所,广州有两所,贵州从无到有,也有了两所!
为培养“天眼”运行本地队伍和当地高科技人才,黔南州每年选送10人到国内外大学和研究所深造,还遴选两三名优秀中学生、大学生到欧美高校进行短期学习,开启了当地“放眼未来”和“体验国外”的新渠道。
不仅如此,当地中学生有机会和诺奖级的科学家面对面交流,天文馆的两台科普大篷车“流动天文馆”行程达3万公里,奔波大约20天,给30余所中小学及单位约2.5万人,带来了关于星空、陨石、太阳系、银河系及“天眼”的丰富知识。
彭勃写道:“在贵州,也许在中国,这都是一次史无前例的大型天文科普巡展,给黔南中小学生、普通民众特别是少数民族同胞留下了深刻印象,对普及科学知识、激发学生兴趣具有深远意义。”
当年在贵州选址时,彭勃曾经偶然用照片记录下一幕,偏远的乡村小学教室的黑板上,老师用粉笔板书: “天文学家的眼睛是望远镜,医生的眼睛是显微镜,海军战士的眼睛是潜望镜。”天文学已深入贵州偏远的大山深处!
2017年,在FAST台址移民10周年回望活动中,彭勃展示出那张学校黑板板书的照片时,有人激动地打断他说:“那些是我写的!”这位当年未曾谋面的乡村小学老师叫黄章庆,他用满是老茧的手紧紧地握住了彭勃的手。
这是“天眼之缘”,是人民信仰科学、科学回报人民的象征。
【编辑:付豪】
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