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FAST为人类安上“中国天眼”
来源:摘自:九三学社中央网站      发布时间: 2018-08-20
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    “中国天眼”主要负责人:严俊

    收到总书记习近平贺电、社中央主席韩启德贺信

    FAST为人类安上“中国天眼”

 

    FAST是世界上最大的单口径球面射电望远镜,是由国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,采用中国科学家独创设计和我国贵州南部喀斯特洼地的独特地形条件,建设的一个约30个足球场大小的高灵敏度巨型射电望远镜。

    FAST可把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高100倍。其应用价值可以是为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟;诊断识别微弱的空间讯号,为国家安全服务;提供高分辨率和高效率的地面观测;跟踪探测日冕物质抛射事件,服务于太空天气预报。

    FAST项目的科学意义非常重大。建望远镜是瞄准21世纪的科学前沿,寻找暗物质暗能量。现在宇宙中有99%的质量和能量都是它,但不知道它是什么,不知道它的特性是什么。FAST不仅让中国的天文学家为之振奋,全世界的天文学家也在紧盯着它--寄希望于这个最大的"天眼"或许能找到外星人,并解开宇宙起源之谜。

    中国"天眼"有多大?沿着FAST的圈梁走一圈,用时43分钟。"天眼"的"眼眶"是一圈钢铁结成的圈梁,登上圈梁往下看,巨大的天坑里,星罗棋布地排列着一个个"网结"。FAST的圈梁被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空,周长约1.6公里。FAST口径有500米,组成的球形反射面相当于30个足球场大小。

    国家天文台FAST工程技术人员介绍说,探听地球之外的音讯,"天眼"的能力和其大小息息相关。简单来说,眼睛越大,看得越远。尤其特殊的是,这只"天眼"并非"死眼", FAST的索网结构可以随着天体的移动自动变化,带动索网上活动的4450个反射面板产生变化,足以观测到更大天区的天体,同时,馈源舱也随索网一同运动,采集天体发射的无线电波。如同人类转动自己的眼珠,调整视线的指向,遥远的太空对它来说将不存在方向上的死角。

    中国"天眼"的视野有多远?据专家介绍,哪怕是远在百亿光年外的射电信号,中国"天眼"也有可能捕捉到,还可能发现高红移的巨脉泽星系,实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破;用于搜寻识别可能的星际通讯信号,寻找地外文明等等。

    国家天文台副台长、FAST工程常务副总指挥郑晓年强调,"天眼"建成后,将有能力巡视宇宙中的中性氢、探测星际分子、观测脉冲星、搜寻星际通讯信号。FAST作为一个多学科基础研究平台,能用一年时间发现约7000颗脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;有希望发现奇异星和夸克星物质;发现中子星--黑洞双星,无需依赖模型精确测定黑洞质量;通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波;作为最大的台站加入国际甚长基线网,为天体超精细结构成像。

    中国"天眼" 建成后,与号称"地面最大的机器"德国埃菲尔斯伯格100米口径望远镜相比,其灵敏度能提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米口径射电望远镜相比,"天眼"的灵敏度是其2.25倍。

    FAST工程由中科院国家天文台主持,全国20余所大学和研究所的百余位科技骨干参加此项工作。2007年7月FAST项目正式立项。2011年3月25日,FAST工程正式开工建设,2016年9月25日竣工。

 

    人物小档案:严俊,1958年5月出生,江苏南通人,全国政协常委,九三学社中央常委,中国科学院国家天文台台长,FAST项目工程总经理,探月工程月球应用科学首席科学家,中国科学院大学天文与空间科学学院院长、天文学系主任,研究员、博士生导师。

    2016年9月25日,我国自主研发的500米口径球面射电望远镜(FAST)落成启用。中共中央总书记习近平发来贺电。九三学社中央主席韩启德也向严俊致信祝贺。作为国家9大科技基础设施之一,这座有着“中国天眼”之称的世界最大单口径射电望远镜在贵州平塘正式建成,前后历时23年,1万多名科技和工程技术人员参与,标志着我国在科学前沿实现重大原创突破,将在今后10-20年时间里保持世界一流,帮助人类揭开宇宙初始混沌、暗物质分布及星系演化等谜团。严俊作为这一重大工程项目主要负责人,担当重任、勇攀高峰,团结带领所在团队为项目的如期落成启用,发挥了重要作用。

广袤苍穹吸引一代代国人的眼神

    “遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”早在2300多年前,诗人屈原就发出了著名的“天问”。

    炎黄子孙从来都不是一个只知道注视脚下土地的民族,抬头仰望天空,那广袤苍穹始终吸引着一代又一代中国人的眼神。

    观测宇宙,寄托着中国人矢志赶超的梦想,承载着中国人自主创新的冲动——蒸汽机上路时,她还在沉睡;飞机升空时,中国人自己建造的第一条铁路刚刚竣工;阿波罗登月之际我们的第一颗卫星还在艰苦研制当中。

    “星星在中国出现”。2008年8月15日,《science》杂志以此为题,专门介绍我国自主研制的国际新一代太阳射电望远镜——射电频谱日像仪。

    射电频谱日像仪安装在锡林郭勒盟正镶白旗国家天文台明安图天文基地,由40面4.5米口径天线和60面2米口径天线组成,分别组成分米波和厘米波两个射电综合孔径阵列。

    太阳是与人类生存环境关系最为密切的一颗恒星。严俊说,射电频谱日像仪投入观测后,将在世界范围首次实现在厘米、分米波段上同时实现以高空间分辨率、高时间分辨率和高频率分辨率观测太阳动力学过程,对于揭示太阳能量释放和粒子加速等基本物理过程、研究太阳活动对日地空间环境和自然灾害的影响,起到发挥重要作用。

    明安图天文基地奠基1个多月之后,国际天文学界再次把目光投向中国。2008年10月16日,我国最大、世界上光谱获取率最高的天文望远镜——大天区面积光纤光谱天文望远镜(LAMOST),在国家天文台兴隆观测基地落成。

    严俊介绍,迄今为止,由成像巡天记录下来的数以百亿计的各类天体中,只有约万分之一进行过光谱观测。“LAMOST是我国大科学工程中既有国际领先的科学目标、又有独创设计思想和技术创新的典范之作,其新颖的构思和巧妙的设计,突破了世界上光学望远镜大视场不能同时兼备大口径的瓶颈,标志着我国天文观测设备从跟踪模仿到自主创新的重大跨越。”严俊认为,“自伽利略天文望远镜发明400年来, LAMOST使中国第一次在望远镜类型上占有一席之地!”

张钰哲先生深深影响了我

    严俊长期从事星际分子云和恒星形成研究工作,观测发现了70余个新的赫比格-哈罗天体,占当时国际上已知总数的15%,其中30余个已独立获得国际正式编号,主持和承担10余项中科院和国家自然科学基金委重大、重点和面上项目,主持中国南极天文中心筹建和推进中国南极天文台工作;作为项目总指挥或副总指挥参与若干国防军工和航天项目的管理和协调工作;主持完成我国载人登月科学和工程目标论证以及我国深空探测科学目标论证工作,其中火星探测工程已立项;协调国家天文台所属4个野外台站参与“墨子号”量子科学实验卫星地面站建设及星地对接与联测实验;参与“神舟”、“天宫”、“嫦娥”系列卫星空间碎片监测预警任务。

    1988年,严俊加入九三学社。“我入社是受了紫金山天文台老台长张钰哲先生的影响。他是国民党时期的天文台长,解放后周总理亲自任命,他一生追求民主科学的精神深深鼓舞着我。”

    严俊1991年获中国科学院青年科学家奖;1992年起享受国务院政府特殊津贴; 2006年度获国家科技进步二等奖。2008年严俊获国防科工委中国首次月球探测工程有功人员奖,2010年获国家人力资源和社会保障部等6部委“探月工程嫦娥二号任务突出贡献者”奖。2011年获国防科学技术进步特等奖,2012年获国家科技进步特等奖。

    严俊对有创造性的或有高技术难度世界领先水平的项目具有敏锐洞察力,并做出有前瞻性的决策。担任国家天文台台长以来,凝练力量、统筹规划,使国家天文台的各项工作保持了良好的发展势头,在中科院创新工程中取得了许多令人瞩目的成果,实现了从B类研究所向A类研究所的跨越;被确定为首批整体择优进入“创新2020”的研究所。众多项目的启动向世人展示了国家天文台的骄人成绩,更加振奋了全台职工的士气。

到南极看星星

    当地时间11月22日,在智利进行国事访问的国家主席习近平和智利总统巴切莱特共同见证下,九三学社中央常委、中国科学院国家天文台台长严俊与智利北方天主教大学校长Jorge Tabilo álvarez在圣地亚哥总统府签署了合作共建天文观测基地谅解备忘录。严俊表示,我国立足于天文发展长期规划,待时机成熟时在智发展观测基地,是一个经过科学界慎重考虑的战略步骤。将使我国首次在海外通过共同开发的方式拥有国际一流的观测台址,且其经度和纬度上都与我国本土观测台站优势互补。这对于我国实测天文和天文技术方法的发展具有重大意义,也是我国建设科技强国的标志之一,并将进一步促进和扩大中智双方在天文领域的合作与交流。

    本世纪全球天文学极具挑战性的基本科学问题概括为“两暗一黑三起源”,即暗能量、暗物质、黑洞,以及宇宙起源、天体起源、生命起源。而南极,正是地面上探索这些问题最为理想的地点。

    天文学是一门观测科学,所有重大天文成果都隐藏在光谱之中,有所见才能有所得。把大望远镜建到南极,让中国天文学家在地球上最佳观测点仰望星空,无疑是千百年来前所未有的机遇。

    遥远的南极从来不是一个适合人类居住的地方,那里的气温可以降到零下80多摄氏度,漫长的黑夜可以持续约6个多月。在南极进行天文观测,不仅比其他地点看得更远、更清楚,高分辨、大视场、宽波段兼具,还有望打开人类探索宇宙全新的“机会窗口”。

    从上世纪90年代开始,全球不断升温的南极科考和天文观测,将人类认识宇宙的视角引入这块极寒之地。我国也适时提出“上天入地到南极”路线图。

    2006年12月24日,中国南极天文中心南京紫金山天文台成立。时任国家天文台常务副台长、南京紫金山天文台台长的严俊主持成立大会。2007年11月,南极科考船“雪龙”号科考人员中第一次出现天文学家的身影;2008年1月,“中国之星”小望远镜在南极冰穹A架设,正式在这片极寒之地开启科学观测。

    近10年过去了,南极天文科考中,已经有8批次天文学家进入南极开展观测和科研,我国天文学家取得了令世界同行瞩目的成果。但受制于各方条件,严俊表示,与当初的科研目标仍有差距。科考无止境,无数个未知窗口正等待着天文学家们借力南极去打开。

    在严俊的积极推动下,中国南极天文台目前已经初具规模,发电机组、自动气象站、天文光谱仪等10多套天文仪器设备已基本适应了极端气候条件下的环境,获得了大量观测数据,对开展超新星宇宙学、宇宙暗物质、系外行星及恒星形成原因等国际前沿领域的研究,大有用处。在冰穹A的天文科考,让中国向天文强国迈出坚实步伐。

FAST为人类安上中国天眼

    精彩还在延续——在未来20—30年保持世界领先地位的500米口径球面射电望远镜FAST,于2008年12月26日在贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地奠基。

    有着“中国天眼”之称,拥有30个足球场接收面积的FAST,是世界上口径最大、最具威力的单天线射电望远镜。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,它的灵敏度提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。

    就在FAST团队备感欢欣的时候,严俊更多感受到的是鞭策:“总书记实际上给我们提出了要求,早出成果、出大成果”。

    “发现更多脉冲星,从脉冲星中遴选出脉冲信号稳定的毫秒级脉冲星,将来有望应用于空间飞行器导航领域。”严俊说,目前国内外相关研究都处于概念阶段。500米口径球面射电望远镜建成,将为科学发现、前沿问题的解决提供独一无二的手段,在日地环境研究,国防建设和国家安全方面发挥不可替代的作用。

    谈到我国天文观测水平,严俊表示:“研究宇宙天体的形成、运动和演化规律的天文学是一门观测科学。天文望远镜‘高瞻远瞩’的能力,代表着一个国家天文学发展水平。经过几代天文学家不懈努力,我国天文观测水平近年来迅速提升,令国际同仁刮目相看。在不久的将来,我国的天文望远镜还将安装到月球和卫星上,天文观测将从地基扩展到天基。”严俊表示,“伴随着观测手段的提高和观测范围的扩大,我国的天文研究事业将水涨船高,创造新的辉煌。”

    仰望星空,人类可能超越国家、民族,去拥抱一个更加辽阔的空间。

平易是一面镜子

    “我是在老师的批评中长大的。”谈起成长历程,严俊掩饰不住天性中的率真。“教科书一发下来,没有一两个星期,我就都看完了。上课不是看课外书,就是提问题刁难老师。”小学到中学,严俊印象最深的就是调皮捣蛋。

    可对数理化的偏好似乎是与生俱来的。“玩儿”着长大的严俊从小数学成绩就名列前茅。每次考试,不仅必答题很快做完,就连难度较大的附加题也都准确无误,难怪老师们对这个贪玩的学生喜爱有加。

    记忆最深的就是77年高考,这个决定他一生命运的关键时刻。粗心的严俊居然没有看清题目把作文给忘了!而数学试卷他却拿到了满分。(当时高考还不看单项只记总分)

    超常的逻辑思维使得严俊更加偏爱数学。他报考的专业是南京大学数学系,并且3个专业都是数学。当他被天文专业录取时,懊丧的他不知天文为何物,满脑子理想就是数学,甚至有一度想第二年重新考试。

    除去个人天赋,严谨的家学影响也成就了这位数学天才。严俊出生在一个知识分子家庭,母亲是医生,父亲是大学数学教师。他的大伯父严志达院士,任教南开大学数学系。他的一个姐姐、二个哥哥也都是大学生。

    1986年、1994年严俊分获中国科学院紫金山天文台理学硕士和博士学位。1986年、1992年、1997年和1998年为紫金山天文台助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师。2007年为中国科学院国家天文台研究员、博士生导师。

    1996年严俊出任紫金山天文台副台长,1999年5月至2001年4月兼任国家天文观测中心副主任,2000年11月至2007年10月任紫金山天文台台长。2007年7月至今任国家天文台台长。

    严俊当官不像官,平易、率真是员工们最深刻的印象。

    “严台长从不计较个人得失。即便有时我们有做得不对的地方,他都是很婉转的表达出来,不会斥责下属。待人宽厚:经常是笑眯眯的,偶尔与我们讲讲笑话。甚至有时他生气了,你都不一定会察觉到。”李久利副处长这样评价严台长。

    严俊工作非常繁忙,只要不出差,周末在办公室遇见他的概率非常大。喜欢抽烟,但非常自觉,经常看见他开会间隙在会场旁边的开水房狂吸。

    “初次认识严台是在中秋晚会上。严台笑眯眯的拿一张百元钱给大家变魔术,整场晚会的气氛在严台的魔术带动下热烈起来。那次我意外的抽中一等奖,当严台笑容可掬的将一等奖(一辆折叠小自行车)颁给我时,我握着他的手,高兴的心快要蹦出来……”年轻的科研人员李楠兴奋地回忆往事。

    严俊给人的第一个印象就是爱笑。开会发言时沉着微笑,出席文艺活动时开心大笑,电梯偶遇时点头微笑。他的笑容总会将员工们和他距离拉得很近。

    台里的年终总结会,严俊总是要给大家表演一段拿手节目--魔术。有时还会即兴给大家带来一段肢体表演。大家的笑声留在会场,而温暖却烙在了心里。

    平易是一面镜子,它往往能映射出领导者的心胸。

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