每日科普 探寻中国天文学的新疆力量

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  • 2024年06月17日
  • 2023年3月7日,一则新闻登上热搜:中国科学院新疆天文台南山天文台1米宽视场光学望远镜(NOWT)首次发现一颗近地小行星时间。 这颗行星大约有两个足球场大小,绕太阳公转,距离地球3000万公里,对地球不构成威胁。 如此遥远的距离,这么小的恒星,怎么可能在浩瀚的宇宙中被发现呢? 为什么会在新疆发现呢? 带着一连串的问号,记者来到新疆天文台南山观测站进行实地考察

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2023年3月7日,一则新闻登上热搜:中国科学院新疆天文台南山天文台1米宽视场光学望远镜(NOWT)首次发现一颗近地小行星时间。 这颗行星大约有两个足球场大小,绕太阳公转,距离地球3000万公里,对地球不构成威胁。

如此遥远的距离,这么小的恒星,怎么可能在浩瀚的宇宙中被发现呢? 为什么会在新疆发现呢? 带着一连串的问号,记者来到新疆天文台南山观测站进行实地考察,探寻新疆地区开展天文观测的自然遗产和独特优势。

采访中我们发现,这颗近地小行星出现在人类视野中,只是新疆探索银河系诸多成果的冰山一角。 当前新疆天文领域发生的故事将对中国天文研究产生重要影响。

月光洒落在东天山一座环山的中心,那里正在建造世界上最大的110米口径全向可移动射电望远镜。 其观测深度将拓展至宇宙最深处,成为地球文明面向浩瀚星空的前哨站。

大国的重武器为何落户新疆? 新疆在中国现代天文布局中扮演什么角色?

所有的故事都始于一次极其遥远的旅行。

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中国科学院新疆天文台南山天文台26米口径射电望远镜处于工作状态(3月24日摄)。 (摄影:王欣)

新疆天文研究“追光者”

当我们仰望星空时,我们实际上是在回望过去。

1.5亿年前,茂密潮湿的丛林中,一颗巨大的蛋突然裂开,一只小剑龙破壳而出。 与此同时,在宇宙深处,直径20万光年的螺旋星系ESO 269-57的核心发出了超强的无线电波,以接近光速的速度射向太阳系。

当这束无线电波穿过椭圆星系半人马座A时,地球上的恐龙时代结束了,哺乳动物繁盛起来,猛兽在大地上漫游,鸟类在天空中飞翔; 当它继续飞行时,它将行星状星云 NGC 3918 抛在了后面。 在地球上,人类成为了主导力量,走向了国家的文明时代; 一瞬间,无线电波告别了两颗十字星,艾萨克·牛顿成为英国皇家学会主席。

紧接着,它掠过比邻星,人类拍摄了第一张黑洞照片; 随后它掠过太阳,于2023年4月16日12时23分49秒击中中国科学院新疆天文台南山天文台直径26米射电站的望远镜面板上。

剑龙化石静静地躺在奇台恐龙沟里。 1.5亿年前的“同行”陆续到来,“粒子雨”落入剑龙周围的土地。 不远处,人类迄今为止最大口径的全向可移动射电望远镜将架设起来。

在这些超强无线电波穿越宇宙的大部分时间里,人类还没有出现。 现在,人类踏上了探索宇宙奥秘的旅程。 “宇宙和生命是如何产生的?作为一颗普通的星球,地球在宇宙中又是什么状态?” 新疆天文台台长王娜讲述了天文研究中的一系列终极问题。

天文学似乎与普通人无关。 事实上,这个领域会产生很多意想不到的结果。 “Wi-Fi 和 GPS 都是天文学研究的副产品。” 新疆天文台科学传播中心副主任宋华刚介绍。

这是一个离大众很远,却又离大众很近的领域。

更重要的是,包括天文学在内的基础研究是一切技术发明的源泉。 王娜举例说,近年来天文学最大的发现之一“引力波”,是对一百多年前爱因斯坦相关理论的验证。 天文研究可能要很多年后才能应用,但如果不做的话,一旦形成缺口,就绝非容易弥补的。

新疆是本次马拉松的重要举办地。 1957年,苏联成功发射第一颗人造卫星。 同年,作为我国首批12个人造卫星光学观测站之一,乌鲁木齐人造卫星观测站成立。 从此,这片土地就从未停止过仰望星空。 1987年,乌鲁木齐卫星观测站升级为中国科学院乌鲁木齐天文站,2011年进一步升级为中国科学院新疆天文台。 “天文台只提供数据,而天文台可以开展天文学的前沿研究,这是一个质的变化。” 王娜说道。

几十年来,随着我国国力的不断增强,新疆天文研究的深度和广度不断拓展——从最早的近地轨道观测,到太阳观测,如今已具备了主要领域的综合研究能力。现代天文学的学科,如射电和光学。 。 中国科学院新疆天文台已发展成为我国现代天文布局的主力军、国际合作研究网络的重要单位、西部天文学发展的支撑基地、国际合作的关键节点。国家航天任务联合测量网络。 已成为中国五强之一、西北地区唯一的综合性天文台。

而一代又一代的“追光者”,他们心中的浪漫却从未消散。

2006年,王娜带队勘察南天山新建天文观测站站址。 一天傍晚,天色暗下来,周围只剩下群山。 车子在山路上缓缓行驶,拐过一个弯,一轮明月突然向我们扑来。 “我永远不会忘记那个场景。” 王娜说:“当没有人类活动的痕迹时,你看到的地球就是一个自然天体,面对天上的明月,就像地球带着我们在宇宙中航行一样!”

大国背后的新疆身影

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中国科学院新疆天文台南山天文台台长崔朗(前)和同事正在分析26米口径射电望远镜的反馈数据(3月24日摄)。 (摄影:王欣)

在天文观测基地采访天文学家是一次非常神秘的经历。 记者发现,不少科幻作品中的假设并不一定是科幻,而是国家层面的严肃行动。

在靠近银河系中心的方向,一颗致密天体正在高速旋转,一茶匙物质的重量堪比珠穆朗玛峰。 它是一颗直径20公里的脉冲星。 在已知的数百亿光年尺度的宇宙中,“沧海一粟”不足以形容它的渺小。

但这颗名为J1717-3452的脉冲星却被“捕获”了。 当它隐藏在宇宙中时,南山天文台26米口径射电望远镜正在接收J1717-3452自8万年前以来发出的脉冲辐射。

长期以来,南山天文台一直是我国唯一开展脉冲星实测数据的观测基地。 累计观测到脉冲星300余颗,至今仍是我国脉冲星研究的高地。

“为什么要研究脉冲星?” 记者问道。

“它是宇宙中一个天然的极端物理实验室。” 新疆天文台脉冲星团组副组长颜文明表示,很多地球上找不到的极端物理条件,脉冲星就具备了。 例如,脉冲星由于质量大、半径小,其引力场非常强,使其成为研究强引力场的天然实验室。 其超强磁场也为人类研究磁层粒子加速机制、高能辐射、射电辐射过程提供了理想场所。 由于其超稳定的自转周期,脉冲星还可以作为极高精度的时钟,建立我国独立的时空系统。 高精度授时广泛应用于高精度领域。

“同时,脉冲星非常像星海中的灯塔,在深空自主导航领域具有深远的意义。” “你是说星际航行吗?” “是的,如果有一天人类想像电影《流浪地球》中那样离开太阳系,可以依靠脉冲星建立可靠的导航系统。” 新疆天文台科技处处长韩伟平静的语气表明他不是在开玩笑,他的博士论文是关于脉冲星深空导航的。

大约2300年前,屈原阳第一次问道:天怎么了? 十二分? 太阳和月亮安全吗? 烈行安辰? 现在,人类正在逐渐揭晓答案。 “基础研究是要改变整个人类知识体系,从而推动整个人类文明的进步。这很困难,我们对宇宙还知之甚少。” 王娜说,“但人总得把眼光放长远,如果只看眼前、看自己,遇到困难时是不容易坚持下来的。”

新疆始终坚持。 事实上,新疆天文台在中国许多前沿科学领域都有身影。

3月28日凌晨2点49分47秒,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”悄然划过天际,绿色激光从2000公里外射向新疆天文台南山量子通信实验地面站。 后者是我国天地一体化量子科学实验体系的重要组成部分。

不仅如此,新疆天文台还先后承担了探月工程嫦娥一号至五号、火星探测天问一号在轨飞行器的轨道测量任务。 王娜领衔的南山探月工程队多次受到国家有关部委表彰,并荣获第十八届“新疆青年五四奖章集体”。 新疆天文台喀什观测站为中国第二代卫星导航系统服务。 是我国西部地区唯一的转发实验系统定轨子系统观测站,也是子系统中观测配置最全面的站。 现为北斗系统相关测试提供服务。 支持和安全。

目前,拥有国内最好的射电光学综合观测条件的南山天文台正凭借多年来积累的理论和技术为另外两个重大工程提供支撑。 2016年,光学/红外大型射电望远镜观测地点选定在慕士塔格峰,为我国光学天文学的发展带来了重要机遇。 2022年,110米口径奇台射电望远镜(QTT)项目建设启动,被世界顶级科学杂志《自然》评为当年世界最重要的科学事件之一。 这两个项目都是从南山观测站开始的。 正是这里,隐藏着大国重武器落户新疆的秘密。

享受世界一流的天文观测优势

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中国科学院新疆天文台南山天文台1米大视场光学望远镜拍摄的仙女座星系距离地球约250万光年。 (新疆天文台供图)

傍晚坐在南山天文台的草坪上,看着26米口径射电望远镜的接收天线顶部指向天空,夕阳融化了金色,群山寂静无声,只有稳重的声音巨大的天线转动时发出低沉的嗡嗡声,很容易让人想起小说《三体》中红安基地的场景。

南山天文台台长崔朗指着屏幕上的波形图像,开玩笑地说:“都说我们仰望星空,但其实很多时候我们都是低头看屏幕。”人类技术已经将天文观测推向了户外观测天空之外的领域。” 类别。”

南山26米口径射电望远镜是国际VLBI(甚长基线干涉测量)联合测量的重要节点。 崔朗解释说,超长基线干涉测量是利用不同地点的多台望远镜同时观测同一目标。 望远镜之间的距离相当于望远镜的口径。 假设两台望远镜之间的距离为5000公里,相当于直径5000公里的巨型望远镜的分辨力。 “从地面上就可以看到放在月球表面的橘子,”他说。

光学天文学则是另一回事。 3月28日凌晨3点,新疆天文台光学研究室副主任白春海裹着厚外套来到南山天文台光学区望远镜阵列调试43厘米口径新装置。 轻微的马达声中,月白色的防护罩打开,星光射入镜中。

70公里外,乌鲁木齐的灯光将天空染红。 光学观测需要黑暗的环境,而射电望远镜需要避免无线电干扰。 随着南山周边经济社会的发展,这两方面的问题都在加剧。 “即便如此,南山站的观测和实验条件与全国相比还是非常好的。” 白春海说道。

正是依托优越的观测条件,在南山天文台的支持下,新疆天文台开展了脉冲星、恒星形成与演化、星系宇宙学、高能天体物理、天体化学演化、粒子天体物理、空间物体与碎片、卫星导航等研究。等各方面的理论和实验研究,以及在微波接收机、射电望远镜结构与控制、数字信号处理等方面的技术装备和研发,均取得了国内顶尖成果,产生了深远的影响国际影响力。

当谈到世界上对工作场所要求最高的学科时,天文学绝对是强有力的竞争者之一。 很少有人知道,面积达166万平方公里的新疆,享有世界一流的天文观测条件。 “天文观测应该在条件干燥、间隙好、人类活动少的地方进行。新疆幅员辽阔,地貌多样,选择空间很大。” 新疆天文台党委副书记、高级工程师马鲁说,“晴天数较多的有利因素,同样的望远镜在西部的效率会高很多。”

优良的清洁环境是新疆支撑基础研究和发展科技事业的特殊战略资源。 海拔4500米的慕士塔格光学天文观测站,视宁度、水汽等指标可与世界一流天文台站相媲美。 这里正在建设1.93米光学望远镜、月球闪光等多个项目。 1.93米光学望远镜是我国第三大通用光学望远镜。 慕士塔格天文台优越的光学观测条件将使望远镜的设计性能得到充分发挥,为未来建设更大口径光学望远镜奠定坚实的基础。

QTT项目已经成为整个国际天文学界关注的焦点。 其观测范围从米波到毫米波,大大提高了观测的深度和广度,使人类不仅能够对单个恒星进行更全面、更深入的研究,还能捕捉到更遥远的宇宙空间等的海量信息。隐藏的宇宙物质。

“除了良好的观测条件之外,这一重大科学基础工程落户新疆还有什么原因呢?” 记者问道。

王娜从办公桌上起身,将手机递了过去,一目了然。 在全球大型天文设施的分布地图上,东亚和西欧的点很多,只有欧亚大陆的腹地是空白的。 “天文研究是太平盛世才能做的事情,与国力密切相关。” 王娜表示,在全球天文观测网络中,欧亚大陆腹地是非常重要的支撑点。 就本地区国家和地区的综合情况来看,只有中国有能力填补这一空白。 同时,QTT项目在新疆的建立也完成了我国天文观测网络的布局,支撑了我国天文学向西发展,从而更有效地服务“一带一路”建设。

然而,这一重要国器的诞生却充满了波折。

天文“丝绸之路”上的重要城市

为了充分发挥新疆独特的天文观测优势,早在2006年,王娜和同事就开始在天山南北寻找理想的大型射电天文观测地点。 2010年,奇台地区从40多个地点中脱颖而出。 “第一批进去的人欢呼雀跃,激动的心情根本无法抑制,个个又跳又叫。”王娜说。

四面环山,完全隔绝外界无线电干扰。 中部地势开阔,天气晴朗,气流稳定。 完美,就在这里!

2010年,中国科学院决定在奇台建设世界最大110米全向可移动射电望远镜,由新疆天文台研制。

2011年,王娜向新疆维吾尔自治区提交了项目申请报告,但她心里却忐忑不安。 “天文学作为一项基础研究,不会对当地的经济社会发展产生立竿见影的影响,而且那个地方的环境非常优美,完全可以发展旅游业。” 王娜说道。

新疆维吾尔自治区领导仔细了解QTT项目内容后表示:“那就把新疆最好的地方让给你们天文学家吧!”

大局已定,但无尽的困难却接连而来。

首先是对新疆天文台建设能力的质疑。 质疑者都是国内天文专家,理由并非空穴来风。 与固定在地面的“中国天眼”不同,QTT项目的天线设计为全向可移动,以实现最大的探测范围。 记者最直观地体会到了QTT项目的建设难度。 站在南山26米口径射电望远镜脚下,人们就像是树下的松鼠,一种巨大的压迫感袭来。 QTT项目的光学天线直径比前者大四倍多,高40层楼,重6000吨,能够全方位自由旋转。 很难想象建造这样一个庞然大物并让它在未来几十年里平稳运行是多么困难。

不仅如此,建造地球上最大的全向可移动射电望远镜所需的建造技术和材料远远超出了当时国内工业的能力,在世界天文射电望远镜建造史上没有先例。 长期以来,QTT项目经历了史上最严格的论证。 无数次的重复,千万次的细致推敲,无数次的失败,足以让人崩溃。

但王娜没有。 这位眼神平静、语言简洁的女科学家,以令全台人敬佩的钢铁意志一步步推动QTT项目前进。 事实上,早在QTT项目之前,王娜就因其在脉冲星领域的杰出成就而在国际天文学界享有盛誉。 “宇宙是无限的。在我看来,有无数的事情要做。” 王娜说,“但我们选择在新疆开发建设科研平台。新疆不仅有壮丽的风景、肥美的牛羊,还有人类对星空的探索。最先进的设施和丰硕成果是天文“丝绸之路”的重要重镇,我们希望通过天文领域的建设带动新疆的发展,QTT项目很难,但不启动就永远无法做吧,你不能退缩!”

“我们不能退出的另一个原因是新疆维吾尔自治区党委和政府对我们非常支持。” 王娜告诉记者,2011年以来,新疆在资金、建设、审批手续、配套设施等多方面给予QTT项目。 与中科院的坚定支持,成为推进该项目的关键力量。

12年来,QTT项目像火焰一样照亮了年轻人的理想。 新疆天文台160名员工中近一半参与了QTT项目的建设,其中不少是博士毕业后来到该项目的。 “年轻人是带着梦想而来的,我不能让他们的梦想破灭吧?我要和他们一起努力,让项目成功!” 王娜似乎在自问自答,随后言语间流露出自豪之情,“十几年过去了,我们科研团队的核心成员从未放弃过!”

2022年9月21日,人类历史上最大的全向可移动射电望远镜项目在中国新疆奠基!

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