中国的“天眼”对中国有什么影响?

何茂松


天眼对宇宙的观测带来的新发现可以填补我国天文发现上的空白,2017年10月10日,国家天文台发布了新闻发布会,公布了天眼的最新科研成果,也就是确认了新的脉冲星。

天眼作为射电望远镜,是世界上单口径最大,灵敏度最高的望远镜。天眼通过52.4秒漂移扫描产生的信噪比是位于澳大利亚的帕克斯射电望远镜2100秒结果信噪比的三倍,这足可以说明天眼的灵敏度之高。

天眼的任务就是发现新的脉冲星,脉冲星是一种可以发射脉冲信号的中子星,这类星体直径虽然只有10-15公里,但是他们的质量却要比如今的太阳还要大,脉冲星高速旋转,转一圈所用的时间甚至可以小到0.0014s,着实恐怖。

寻找脉冲星有什么用处呢?

可以检验广义相对论;可以作为以后人类进行星际航行时的灯塔,4颗脉冲星就可以为星舰航行提供导航;可以作为探测引力波的工具等等。

另外,天眼才刚刚投入使用不足一年的时间,就已经带来了很多新的发现,这让我们对于天眼以后的发现充满了期待。整个的天眼项目会培养大量的优秀的科研人才,扩充科研队伍,为现在及以后祖国征战星空打好基础,毕竟,人类前进的方向是星辰大海!


一枚游戏科幻迷


观世界,每一次科技革命都推动着世界格局的变化,科学技术的发展直接联系着国家的强大与兴衰。

“中国天眼”(FAST)是500米口径球面射电望远镜,是天文学家南仁东于1993年提出构想,一共用23年时间,于2016年9月25日在贵州省黔南州平塘县竣工。

中国的“天眼”的建成对中国有什么影响呢?

建造“中国天眼”的过程中,随着一个个技术难题被攻破,最终国之重器亮相世界,标志着中国逐步走向科技创新之路,科技兴则民族兴,科技强则国家强,中国吹响了科技兴国的冲锋号。

一、“中国天眼”促进了重工业生产制造业发展

大家都知道,要建造500米口径球面射电望远镜(FAST),那就需要制造原材料。

因为天眼是个高精密的大型仪器设备,它需要三个方面的基础构造:

一是大跨度柔索牵引并联机构,二是动光缆,三是主动变位工作模式的索网结构。

但是我国没有生产过那么高精尖的科技产品。

即使生产出来的产品,也不能完全达到国际标准。

当时外国同行,根本不提供技术支持,整个工程都需要靠科技人员自主研发和制造。

就拿索疲劳这一项,中科院就做了10多万次实验,经过无数次的失败,无数次的重新制造,终于让各项技术完全达标,甚至领先于世界水平。

这些技术成果最终得以推广和大面积使用,国家承办奥运会的许多主体项目时,很多技术就是应用“中国天眼”的。

1、独立研制系统,影响开发业的大力发展

“中国天眼”是由6塔6索1舱1平台构成,这种设计是目前世界上最大的牵引并联机构,是FAST的三大自主创新之一,什么叫自主创新呢?

就是这种制造方法,是我们的科技人员自主研发的,没有学别人的技术,世界上都是最新的技术。

从技术上讲,它是一个柔性的并联机器人拖动一个刚性的并联机器人。

操作指标要求十分严格,空间位置最大误差≤48mm,空间姿态误差≤1°。

如此“国之重器”,误差控制如此之低,可见我们的这项科学技术是多么精湛。

不仅如此,FAST整个索驱动设备屏蔽的要求,达到了国际D级的最高标准,尤其馈源舱要求已经突破了D级。

能够达到这些标准,是每个制造商,每个科技工作者,每个安装师、调试员的努力付出才得以保障的。能够发有的技术还申请了相关的专利。

2、动光缆的研制有突破性进展

人有视神经,通过视神经的发达才可以看得更远。

动光缆是FAST的视神经,负责馈源舱控制信号和天文观测信号的传输,所以对它的性能要求非常高,一是要耐反复弯曲。

国外又对我国进行技术封锁和禁运,当时我国生产的材料远远不能达到FAST的要求。

南仁东带领科研组寻找合作方,最终烽火集团公司承接动光缆项目。

他们与众多科研工作者,先后做了十几万次实验,几年的耐反复弯曲光纤的研究。

“功夫不负有苦人”,动光缆终于研制成功了!动光缆的研制成功,让“中国天眼”的“视神经”更加敏锐,中国天眼的“睁开”,奠定了最重要的基础。

动光缆技术获得了国家科学技术进步二等奖。

此项技术成为全球首创,目前又应用到其他领域,而且国外建造天眼,也会到我国来下订单,目前销量已达到上亿元,未来将成为出口创汇的成精尖产品之一。产品输出没有问题,但是这项制作技术却是世界独一无二的。

3、“中国天眼”的建造,推动了索网钢构的技术发展

建造“中国天眼”的主动变位索网,是实现镜面变形的关键机构。

建“中国天眼”需要钢索要求有超强的抗疲劳性能。

就好比一个人的筋骨,筋骨柔韧性好的,才能更加抗疲劳。

而且索网钢构还要能抵抗超高的应力,比如刮4、5级风以上,能不能具有超强的抗疲劳行,并且对钢构的每条索都要有长度的精度。

正因为FAST工程对各项产品都有超高的要求,所以才让我国钢索生产制造水平又起到了巨大的推动作用。

大跨度的索模结构安装技术,也有大量自主知识产权的专利技术。索网的结构获得了北京市科学技术进步一等奖、广西省技术发明一等奖、以及钢结构协会的特等奖等。

这些发明和技术,都是通过建造FAST的过程中,不断经过技术人员研发出来的。所以说FAST这个项目,使科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

4、推动航天领域的飞速发展

天眼的建立对我国卫星的发射、升空入轨的安全也有着很重要的意义,不但可以为全球的卫星发射提供服务,还能对天外来客进行观察检测,中国天眼的诞生,进一步提高了中国在航天、航空领域的探索与开发能力。

目前,中国已经独立掌握了载人航天的全套技术和设备。

有了中国天眼,进一步加速中国遥感卫星的发展步伐。中国航天科技集团在2017年发射了全球首颗专业夜光遥感卫星“珞珈一号”01星。

2019年将再发射“珞珈一号”02星,用以验证雷达卫星多角度成像模式。这颗卫星在夜里可以看见所有亮灯的大桥,拍摄出辨析度高于美国卫星拍摄的夜景图片。

5、培养出大批的科技精英

中国“天眼”的研制和建设,从南仁东先生带领的5人研究小组,逐渐发展到上百人的团队,其中大部分人是南老的学生。

南老把自己的科研成果倾囊相授,让一大批中青年科学家迅速崛起,为国家培养了顶尖人才。

在中国天眼的工程建设中,国内100多家生产企业加入,为生产出符合中国天眼的建筑材料,有一大批技术人员得到了充分锻炼,涌现出一批科研工作者,实现了我国大科学工程由跟踪模仿到集成创新的跨越。

中国天眼这个工程的完美竣工,使我国射电天文多个研究领域得到空前发展,而且为自然科学相关领域提供了重大发现的机会。

我们知道,科技进步拼的是人才,一个中国天眼项目,直接和间接培养出一大批高科技人才,为国家人才库储备了更多的科学家。这才是中国天眼给中国带来的最大的影响力。

中国天眼的首席设计师南仁东先生,为了中国天眼耗尽毕生精力,本着精益求精的精神,带动中国的科技产业、工业制造业飞速发展。

建造出的“中国天眼”为我国和世界留下来巨大的一笔遗产。

在中国天眼竣工两周年来临之际,有书君向伟大的科学家南仁东先生致以崇高的敬意!

中国的科技进阶之路,正是在无数的荆棘和牺牲中奋力前行的。我们以为岁月静好,因为一直有人在负重前行!

南仁东先生已经永远离开了我们,但是南老为国家的科学事业默默奉献的精神,永远值得我们学习!南老!我们永远不会忘记您!

中国!加油!


有书共读


中国的天眼是我们国家独立建造的全球最大的球面射电望远镜,简称FAST

天眼是中国的重大科技项目,通过天眼我们可以直接观测遥远星系,把目标投向河外星系。如图所示,天眼已经在2016年下半年投入使用,它的主体是口径达500米的球面射电望远镜,这个和我们以前使用的电视接收用的卫星天线锅也很像,但天眼要厉害多了,它是当前地球上口径最大的射电望远镜,你也可以想象一下口径500米的一口大锅有多大。

天眼投资高达40亿人民币,依靠贵州当地的天然地势修建

。天眼项目从调研到启用,前后花费二十多年的时间,在天眼投入使用不久,天眼总工程师及首席科学家南仁东先生因病去世。

在天眼之父南先生去世后不到一个月内,天眼就开启了它的收获之旅,

首先是发现两颗新脉冲星,填补了中国的天文研究空白。目前天眼已经发现了几十颗疑似脉冲星,其中有11颗已经得到确认,天眼发现的脉冲星即可研究宇宙形成和发展的奥秘,也可以作为宇宙中的灯塔供航天器精确导航使用。当然

天眼还可以接受来自遥远宇宙中的其他无线电波,捕捉外星智慧生命的信息

中国天眼在贵州平塘的启用,也带动了当地的经济发展,

当地已经获批国家科普示范基地和中国十大科技旅游基地。当地启动的天文小镇项目投资120亿,打造成国家AAAAA级景区。据当地统计数据,天涯启动一年来,已经有24万游客前来探访。



量子实验室


天眼的出现使得中国拥有的世界上探测距离最远,侦测数据最为精准的固定式射电望远镜。作为人类迄今为止建造的规模和体型最大的射电望远镜,天眼无疑是中国航天航空领域发展最有意义的一个项目。虽然天眼没有飞出地球的神州系列航天飞船那么引人瞩目,也没有像嫦娥系列运载火箭那么让人喝彩。但是天眼的出现证明了中国的射电面板的规格已经标准化,量产化。已经可以在极短的时间内生产数量足够的射电面板用来建设大型射电望远镜这样的大型工程。

而由于接受器的功率过于强大,方圆数公里都不会出现任何电磁信号。所以在望远镜里的观测人员几乎是和外界隔绝。并且天眼的出现证明了中国不仅只限于能生产较为粗糙只能用来造桥用的钢索,中国也一样和美俄以及西方众多先进国家一样生产出又细,承载重量又高的高精度钢索,并且在钢索的设计建造工艺上在某方面还要把西方更胜一筹。比如同直径的钢索线,中国设计生产的在使用刚性和耐磨损抗腐蚀上就要比西方同类产品高。即使是钢质量出了名的好的日本,也只是停留在小批量精加工生产上,所以日本的的射电望远镜一般直径都不会超过100米,和中国500米的天眼差的可不是一星半点。

此外,天眼的出售也使得中国可以在天外行星的探测发现速度上要远高于外国。比如在2017年,中国的天眼望远镜就是发现脉冲外星最多,获得认证最多的望远镜,这在极大程度推动了人类对太空探索的进度。而且还可以使中国发现大量的类地行星以在国际航天协会上获得更多的话语权。而且天眼绝对不是中国设计的最后一款射电望远镜,为了探索广袤无垠的宇宙中国肯定会设计建造更大的行星观测平台。


盛华论剑


被誉为“中国天眼”的FAST是500米口径球面射电望远镜简称,由我国天文学家南仁东于1994年提出构想,历时22年建成,于2016年9月25日在贵州省黔南州平塘县落成。

FAST是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,其接收面积相当于30个足球场大小。“天眼”让中国在某一个射电波段第一次拥有世界上最好的仪器,真正有了站到世界前沿的一个机会。

自2016年9月25日进入试运行以来,“中国天眼”已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行。2017年10月10日,中国科学院国家天文台在北京宣布,“中国天眼”已探测到超过20个优质脉冲星候选体,其中6颗脉冲星通过系统认证。“

自1967年发现第一颗脉冲星以来,过去的50年里,人类发现的脉冲星家族有2600多个成员了,FAST让脉冲星家族有了“中国星”。发现6颗脉冲星的另一个重大意义,是为后续的天文观测提供了信心,也就是设备到什么程度,观测水平到什么阶段,大家心里更有数。

阿雷西博望远镜

FAST望远镜与美国阿雷西博望远镜,是世界上唯一利用喀斯特地貌中的天然盆地修建的超大口径射电望远镜。去年曾因发现引力波而引起轰动的美国阿雷西博望远镜,50多年一直无人超越。但跟阿雷西博望远镜相比,FAST综合性能提高了约10倍,能看到更远、更暗弱的天体,通过探测星际分子、搜索可能的星际通信讯号,寻找地外文明的概率将提升5至10倍,把我们探测宇宙天体的能力拓展到137亿年前。

FAST的诞生肩负着两大科学使命,分别是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星,前者可研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化,后者可研究极端状态下的物质结构与物理规律。

而搜寻地外文明(外星人),是“天眼”的终极目标之一。“中国天眼”的三大目标是:脉冲星、星际导航、中性氢,另一个科学目标就是寻找星际分子,如果能找到跟生命体诸如碳、氢、氧、氮等相关的生命元素,这个区域就可能存在或者演化成生命、文明的星球。


政商内参


中国的天眼是最大的射电望远镜。

射电望远镜的主要功能是观察宇宙中的电子辐射。没有需求当然不会去耗费巨资建立如此巨大的射电望远镜,当时天眼望远镜肩负着重要的两个科学使命,一是巡视宇宙中的中性氢,这样便能够研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化,虽然这看起来特别宏观和我们日常的生活没有什么密切的联系,如果真的能够破解宇宙起源和推出演化规律,这种优势国际上绝对是压倒性的,掌握了它这个超级真理,能够预知未来趋势,提前做出对策。二是观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律,每次物质形态和物理规律的进步都会推动工业产品的生产,中国天眼还携带了一个终极目的,那就是寻找地外文明,虽然现在没有人敢肯定另外文明长什么,但世界之大无奇不有,一切皆有可能。

我们现在知道宇宙物质的能量与特性不足百分之一,特别是对暗物质和暗能量射电望远镜在其中起着至关重要的作用。如果中国天眼能够帮助我们寻找外星生命解开宇宙起源之谜不仅仅科学作用与价值巨大,更重要的是会改变人们的世界观,从而推动生产方式的变革影响我们的生活。

天眼有多种观测模式包括指向,跟踪,漂移扫描,曾经美国有一款轰动世界的望远镜,如今中国的天眼综合性能甩美国的十条街,他能够看的太空中更远更微弱的天体。天眼也带动了中国天文学界的发展,仰望星空脚踏实地,是人类进步的动力,更多的未解之谜等着我们去发现。


品读武器装备


中国的“天眼”对中国有什么影响?


现有的回答已经从工业设计制造(独立自主设计、若干关键技术研发)、脉冲星探测(中国天文学家使用中国设备首次)、文化旅游产业(贵州平塘经济发展、科学普及)等等谈了“天眼”所发挥的重要作用。我想从中国和国际天文发展的巨大差距上谈谈这个问题。


在“天眼”和“郭守敬望远镜(LAMOST)”建设之前,中国天文和国际天文相比可谓是全方位的落后,虽然在某些科学研究上的差距较小,但其研究也多是采用国外望远镜观测数据,因此也有某些人说"这实际上是给国外望远镜脸上贴金"。这种说法虽有些极端,但客观上也反映出中国天文学家面临“没有望远镜使用”

的窘境。


在“郭守敬望远镜(LAMOST)”前,中国最大的光学望远镜是位于河北承德兴隆县的2.16米望远镜(属于国家天文台)和云南丽江高美古2.4米望远镜(属于云南天文台),整个中国仅有2台2米级望远镜;而美国天文学科发展较好的大学所属2米级望远镜都处于淘汰之列(因为维护成本问题),主流设备是6到8米级的望远镜(MMT、VLT等),并有几台10级望远镜(Keck、GTC等)在服役,下一代30米级望远镜(TMT、GMT、E-ELT等)正在预研。


而郭守敬望远镜(LAMOST)的研制使得中国在光学天文上不至于落后那么因为LAMOST的有效口径为4米,至少中国也拥有的4米级光学望远镜了;其次镜口径为6米,中国也具有建设6到8米光学望远镜建设能力。在科学研究上也使得中国的河内天文(银河系内,恒星研究、银河结构研究)走在了国际天文学研究的前列。但比较遗憾的是,由于某些原因(望远镜设计和工作状态、天文观测台址等)使得这么一个4米级望远镜对于银河系外的星系和活动星系研究束手无策,这也是很多国内天文学家对LAMOST颇有微词的主要原因。想想一下SDSS(斯隆数字巡天,一台2.5米光学望远镜)在星系的形成和演化、大尺度结构和暗物质研究上的巨大成功,LAMOST不仅让人感到可惜。要知道

LAMOST和SDSS几乎是同时提出的项目,科学目标也近乎一致。如果LAMOST和SDSS一样成功,中国天文学地位绝不会如此。


(郭守敬望远镜)


同样在射电天文学领域,虽然相比光学天文和国际的差距并没有那么巨大,但仍有很大的差距。在上海建有最大的单口径射电望远镜—65m天马望远镜,并且和云南昆明的40米、新疆乌鲁木齐、北京密云的另外三台望远镜组成了中国的VLBI射电天文网,可以开展高空间分辨的联合观测。中国VLBI网在我国系列月球探测活动中也发挥了重要作用,为月球航天器高精度的测控、定轨发挥了不可替代的作用。


(天马望远镜)


(中国VLBI网)


但“天眼”的建成使得中国射电天文一下走到了世界的前列。在其建造过过程攻克了无数的关键技术,成为世界上最大的单口径球面射电望远镜。在其以后的科学运行过程中也会极大推动中国射电观测天文的发展,在脉冲星探测、宇宙中性氢观测上发挥不可替代的作用。正如武向平院士所讲,天眼FAST将在未来至少10年内保持国际领先优势,FAST的建设也为中国参加国际射电天文合作项目SKA打下了坚实的基础(人才队伍、射电天文技术、处理和使用海量射电天文观测数据开展前沿科学研究)。


(天眼FAST)


最近从某台领导那听来的非官方消息,国家发改委“十二五”的“南极天文台”(包含南极2.5米光学红外望远镜)和“十三五”的“12米光学红外望远镜”基本上要了了了,说实话挺羡慕中国做射电这帮人的!




南极观星人


先科普一下我国的“天眼”工程。所谓“天眼”就是指位于贵州黔南山区的 500 米口径球面射电望远镜,即为 FAST,旨在通过接收获一些射电电信号探索外太空。“天眼”工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。

自建成以来,天眼收获也不小,据最新消息“天眼”目前发现 51 颗脉冲星候选体,并且其中 11 颗得到了确认。其综合性能也是之前最著名的阿雷西博射电望远镜的十倍强。如此强势的工程,其建成对中国的影响如何呢?

加强我国在天文领域的地位

天眼作为一项顶尖的天文学大型工程设备,论影响力,首先想到的应该是国家在该领域技术水平和地位的提升。天眼项目从启动到最终的完成,历经各种艰难且花费了二十年有余,建成之后就成了世界上最大的射电望远镜,并且在之后的较长时间内仍能保持在一流的地位,这将吸引更多的人才研究相关的科研课题,大大推动我国天文领域的发展。难以超越的工程,就是在该领域当前实力的证明和标榜。

推动工业、制造、建设等方面发展

天眼建在在贵州山区,其建设所需要的工业,建造水准也必须确保一流才能拿下。这对我国的工业制造支持和建造能力也是一种极大的考量,其核心支撑结构是索网结构,依靠该结构才能实现反射面的主动变位,该索网结构的索网跨度和精度要求也是世界顶尖的水平,也就是第一个采用变位工作方式的索网体系。在该技术难题的攻克中,形成了多个创新性的专利成果,对我国的工业制造,建设工程的有了很大的提升。

天文学研究价值

回归到天文学设备的本质,天眼用于可扫描宇宙微波辐射,接收各种电信号,进而观测宇宙中的物质,距离精度都远超其他任何设备。其在专业领域的先进性是能让其他国家跪舔的,他们面对这样一个强大的技术工程,更多的只能是羡慕嫉妒恨。“天眼”带来的专业价值和民族自豪,是值得国人骄傲的。


stormzhang


FAST未来科学作用和价值不仅对中国影响巨大,对世界科学发展也有重大意义。

FAST是世界上最大的单口(口径500米)径球面射电望远镜,采用中国科学家独创设计,具有高度灵敏度的巨型射电望远镜。

FAST的项目在科学上的意义非常重大。射电望远镜对寻找暗物质暗能量起着至关重要的作用。宇宙中有99%的质量和能量存在,却无法知道它的特性。FAST或许能帮助我们找到外星生命,并解开宇宙起源之谜。


FAST不仅可以捕捉到远在百亿光年外的射电信号,也能捕捉到。高红移的巨妹则心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。研究极端状态下的物质结构和物理规律。


FAST的灵敏度是世界第二大望远镜阿雷西博望远镜(口径300米)的10倍。这个世界上最大的望远镜,将让中我国在宇宙中比其他任何国家都看的更远。


大鱼记


要说影响,并没有实质性的影响,主要体现在两方面,一是我国已经具备探索浩瀚宇宙的能力,而是我国经济足以支持科学家们去探索宇宙。不过事实上在天眼建成之前,我国强大的科技和经济实力已经得到国际社会认可,说白了,不需要天眼来证明我国科技实力!

为什么要建立天眼呢?显然并不是为了证明我国拥有建天眼的实力,而是确实需要建造天眼,在探索宇宙的脚步上我们也不能落后!

由于天眼功能十分强大,是一台拥有500米口径的射电望远镜,是目前世界上最大的单口径射电望远镜。也因此引起了世界的关注!

其中之一就是宇宙之父霍金先生,媒体曾报道霍金生前曾如此评价中国天眼,警告天眼不要回复外星人信息!

但事实上媒体的很多报道都有失公允,目前中国天眼与外星人没有任何关系,更不要说回复外星人了!虽然寻找地外文明是天眼的目标之一,但天眼仅仅建造完成不到两年时间,没有发现任何外星文明信息,只是发现了数十颗脉冲星!

所以说,天眼对于中国来说,更多的影响还在未来,很多人盼望着天眼能发现外星文明信息,但这需要长时间的监听,更需要运气,因为茫茫宇宙如此浩瀚,想要接受到外星人信息谈何容易?而且寻找地外文明仅仅是天眼的七大任务之一,它并不是专门用来搜寻地外文明的!


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