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丝绸之路上的“追光者”：凝聚中国天文的“新疆力量”
来源：互联网
2024-11-12 00:18:59 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
由中国科学院新疆天文台南山观测站1米大视场光学天文望远镜拍摄的马头星云，距离地球约1500光年，是猎户座分子云团的一部分。新疆天文台供图
2023年3月7日，一则消息冲上热搜：中国科学院新疆天文台南山观测站1米大视场光学望远镜（NOWT），首次发现一颗近地小行星。这个约两个足球场大小的星体，在距离地球3000万千米外围绕太阳公转，不会对地球产生威胁。
如此远的距离，如此小的星体，怎样在浩渺宇宙中被发现？为何是在新疆发现它？带着一连串问号，记者来到新疆天文台南山观测站进行蹲点式调研，探寻在新疆区域进行天文观测的得天底蕴和独厚优势。
采访中记者发现，这颗近地小行星现身于人类视野，只是新疆探索星河诸多成果的冰山一角。当下新疆在天文领域发生的故事，将对中国天文研究产生重要的影响。
2023年4月16日夜，月华洒落在东天山一处环形山地中央，这里正在建设世界最大的110米口径全向可动射电望远镜。它的观测深度将扩展至宇宙极深处，成为地球文明面向浩瀚星空的前哨站。
大国重器因何落户新疆？在中国现代天文布局中，新疆承担着什么角色？
所有故事，要从一场极远的旅行说起。
中国科学院新疆天文台南山观测站，26米口径射电望远镜正在工作状态。石榴云/新疆日报记者王昕摄
天文研究的新疆“追光者”
我们仰望星空，实际是在凝视过去。
1.5亿年前，茂密湿润的丛林中，硕大的蛋突然出现裂纹，一只小剑龙破壳了。同一秒，宇宙深处，直径达20万光年的旋涡星系ESO 269-57核心发射出一股超强无线电波，以近乎光速向太阳系激射而来。
当这股无线电波经过椭圆星系半人马座A时，地球上恐龙时代已经结束，哺乳动物繁盛起来，兽行大地，鸟掠长空；继续飞驰，它将行星状星云NGC 3918抛在身后，地球上，人类成为统治力量，并向国家文明时代迈进；电光石火间，无线电波告别十字架二双星，艾萨克·牛顿成为英国皇家学会会长。
紧接着，它行经比邻星，这时人类拍下首张黑洞照片；然后它越过太阳，8分钟后，公元2023年4月16日12时23分49秒，撞击在中国科学院新疆天文台南山观测站26米口径射电望远镜的面板上。
那只已成化石的剑龙正静静躺在奇台恐龙沟内，1.5亿年前的“同龄者”纷纷到达，“粒子雨”滂沱而下，落入剑龙身边的土地。不远处，即将矗立起人类迄今为止最大口径的全向可动射电望远镜。
在这超强无线电波穿行宇宙的绝大多数时间内，人类这一物种尚未出现。而现在，人类已经开启了探索宇宙奥秘的征程。“宇宙和生命是怎么产生的？地球作为一个普通的行星，在宇宙中处于什么样的状态？”新疆天文台台长王娜道出了天文学研究的一系列终极问题。
天文学看似和普通人没有什么关系，事实上这一领域会诞生很多意想不到的成果。“WIFI、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。
这是一个离公众很远，又离公众很近的领域。
更重要的是，包括天文学在内的基础研究，是所有技术发明的源头。王娜举例，近年天文学最大发现之一“引力波”，是对一百多年前爱因斯坦相关理论的验证。天文学研究也许很多年后才可能会有应用，但如果不做，一旦形成差距，绝非轻易可以弥补。
新疆正是这场马拉松的重要赛场。1957年，苏联成功发射了人类第一颗人造卫星。同年，作为中国首批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。自那时起，这片土地对星空的仰望便再没停止。1987年，乌鲁木齐人造卫星观测站升级为中国科学院乌鲁木齐天文站，2011年又进一步升格为中国科学院新疆天文台。“观测站只提供数据，天文台则能开展天文学前沿研究，这是质的变化。”王娜说。
几十年来，随着我国国力的持续增强，新疆天文研究的深度广度不断拓展——从最早的近地轨道观测，到太阳观测，再到如今具备射电、光学等现代天文学主要学科的全面研究能力。中科院新疆天文台已发展成为中国现代天文布局中的主要力量、国际合作研究网络中的重要单元、天文事业在西部发展的支撑基地以及国家空天任务联测网的关键节点，成为国内五大、西北唯一的综合性天文台。
而一代又一代“追光者”们，心中浪漫从未消散。
2006年，王娜带队在南天山勘测新的天文观测台址。一天傍晚，天空暗淡下来，周边只有山。汽车在山路上缓缓而行，拐了个弯，一轮明月突然扑面而来。“我永远无法忘记那个场景。”王娜说，“没有人类活动痕迹时，你看到的地球就是一个自然天体，对着天上这一轮明月，就像地球带着我们在宇宙里航行！”
大国重器背后的新疆身影
在天文观测基地采访天文学家，是种很玄妙的体验。记者发现很多科幻作品中的设想未必是科幻，而是国家层面的严肃行为。
银河系中心附近方向上，一个致密天体正在高速旋转，一茶匙大小物质的重量，就堪比珠穆朗玛峰。它是一颗直径20千米的脉冲星，在以百亿光年尺度衡量的已知宇宙里，“沧海一粟”都完全不足以形容其微小。
但这颗名字为J1717-3452的脉冲星被“捕捉”到了。当它隐身宇宙时，南山观测站26米口径射电望远镜，正接收着J1717-3452自8万年前发出的脉冲辐射。
相当长时间内，南山观测站是中国开展脉冲星实测数据的唯一观测基地，累计观测脉冲星300多颗，至今依然是中国脉冲星研究的高地。
“为什么要研究脉冲星？”记者问。
“它是宇宙中极端物理的天然实验室。”新疆天文台脉冲星团组副组长闫文明说，很多地球上无法具备的极端物理条件，脉冲星恰恰具备。比如由于大质量和小半径，脉冲星引力场非常强，使它成为强引力场研究的天然实验室。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。由于具备超稳定自转周期，还可以将脉冲星当做极高精度的钟，建立起我国的自主时空体系。而高精度计时，在高精尖领域有着广泛应用。
“同时脉冲星非常像星海中的灯塔，在深空自主导航领域意义深远。”“您是在说星际航行吗？”“对，假如有一天人类要像电影《流浪地球》里一样离开太阳系，能依托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显示他没开玩笑，他的博士论文正是关于脉冲星深空导航。
大约2300年前，屈原仰首发问：天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？而今，人类正在逐渐揭示答案。“基础研究是对整个人类知识体系的改变，从而促进整体人类文明的进步。这很难，我们对宇宙的了解还非常少。”王娜说，“但人要看得长远些。如果只看眼前或自己，很多时候遇到困难就不太容易坚持。”
新疆始终在坚持。事实上，中国诸多科学前沿领域，都有新疆天文台的身影。
3月28日2时49分47秒，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”悄然划过天宇，绿色激光从2000千米外射向新疆天文台南山量子通信实验地面站，后者是中国天地一体化量子科学实验系统的重要组成部分。
不仅如此，新疆天文台先后承担了探月工程嫦娥一号到五号、火星探测天问一号在轨飞行器的轨道测量任务。王娜领导的南山探月工程团队多次获得国家有关部委表彰，并荣获第18届“新疆青年五四奖章集体”。新疆天文台下属喀什观测站服务于中国二代卫星导航系统，是转发式实验系统测定轨分系统在中国西部的唯一观测站，也是分系统内观测配置最为全面的站点，如今为北斗系统相关试验提供支持和保障。
而目前国内射电和光学综合观测条件最好的南山观测站，多年积累的理论和技术正为另两项宏大工程提供支撑。2016年，慕士塔格峰光学/红外大型射电望远镜观测台址的选定，为我国光学天文发展带来重要机遇。2022年，110米口径的奇台射电望远镜（QTT）项目开工建设，被世界顶级科学期刊《自然》评为当年全球最值得关注的重要科学事件之一。两项工程都自南山观测站起步。正是在这里，蕴藏着大国重器落户新疆的秘密。
坐拥世界级天文观测优势
傍晚坐在南山观测站的草坪上，看着26米口径射电望远镜的接收机天线顶端指向苍穹，落日熔金，群山静默，只有巨大天线转动时稳定的低鸣声，很容易让人想起小说《三体》中红岸基地的场景。
南山观测站站长崔朗指了指屏幕上一条波形图像，打趣说：“都说我们仰望星空，但绝大部分时间其实是低头看屏幕。人类技术的发展早已推动天文观测超越了户外看天的范畴。”
南山26米口径射电望远镜是国际VLBI（甚长基线干涉测量技术）联测的重要节点。崔朗解释，甚长基线干涉测量就是在不同地点同时使用多架望远镜对同一目标进行观测。望远镜间的距离就相当于望远镜口径。假设两个望远镜间距为5000千米，就相当于一台直径5000千米巨型望远镜的分辨本领。“可以从地面看清放在月球表面的一个橘子。”他说。
光学天文则是另一番场景。3月28日凌晨3时，新疆天文台光学研究室副主任白春海裹着厚大衣，深一脚浅一脚来到南山观测站光学区望远镜阵列里，调试一台43厘米口径的新设备。轻微电机声中，月白色保护盖开启，星光入镜。
70公里外，乌鲁木齐市的灯光将天空映红。光学观测需要暗环境，射电望远镜则要避免无线电干扰。随着南山周边经济社会发展，两方面问题都在加剧。“即便如此，南山站的观测实验条件相对全国依然非常好。”白春海说。
正是基于优越的观测条件，以南山观测站为支撑，新疆天文台在脉冲星、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、空间目标与碎片、卫星导航等方面的理论与实测研究，以及微波接收机、射电望远镜结构与控制、数字信号处理等方面的技术设备与研发，都取得了国内顶尖的成果，更产生了深远的国际影响。
倘若评选世界上对工作地点要求最苛刻的学科，天文学绝对是强有力的竞争者之一。很少有人知道，拥有166万平方公里广袤面积的新疆，坐享世界级的天文观测条件。“天文观测要在干燥、净空环境好、人类活动少的地方，新疆地域辽阔，地貌多样，有很大的选择空间。”新疆天文台党委副书记、正高级工程师马路说，“晴天数条件占优等因素，让同样的望远镜，放在西部效率就要高很多。”
绝佳的净空环境是新疆支持基础研究、发展科技事业的特殊战略资源。海拔4500米处的慕士塔格光学天文观测台址，视宁度、水汽等指标媲美世界一流观测台址。这里正在建设1.93米光学望远镜、月闪等诸多项目。1.93米光学望远镜是国内目前第三大口径的通用型光学望远镜。慕士塔格观测站优越的光学观测条件，将使望远镜设计性能得到充分发挥，并为未来更大口径的光学望远镜建设打下坚实的台址基础。
而QTT项目早已成为整个国际天文界的关注焦点。它的观测范围从米波到毫米波波段，大大提升了观测的深度广度，使人类不仅可以对单个星体进行更加全面深入的研究，还能捕捉来自更遥远宇宙空间和更隐蔽宇宙物质的海量信息。
“除了观测条件好，还有什么原因让这项大科学基础工程落户新疆呢？”记者问。
王娜从办公桌前探起身，将手机递了过来，于是一目了然。在一张全球大型天文设施分布图上，东亚和西欧都有诸多点位，只有亚欧大陆腹地一片空白。“天文学研究是太平盛世才能做的事，与国力密切相关。”王娜说，在全球天文观测网络中，亚欧大陆腹地是非常重要的支撑点。就这一区域国家和地区的综合情况而言，只有中国有能力填补这片空白。同时，QTT项目落户新疆，也完成了我国天文观测网络的布局，支撑了中国天文向西部的发展，从而更有效地服务“一带一路”建设。
然而，这件国之重器的诞生，充满曲折。
中国科学院新疆天文台南山观测站，大家正分析26米口径射电望远镜的反馈数据。石榴云/新疆日报记者王昕摄
天文“丝绸之路”的重镇
为充分发挥新疆得天独厚的天文观测优势，早在2006年，王娜就开始和同事在天山南北寻找理想的大型射电天文观测台址。2010年，从40多个地点中筛选出奇台区域。“首批进入的人欢呼雀跃，完全抑制不住兴奋，都在那里跳呀叫啊。”王娜说。
群山环绕四周，完全屏蔽了外界无线电干扰，中间地势开阔，天气晴朗，气流稳定。完美，就是这里了！
2010年，中国科学院决定在奇台建设全球口径最大的110米口径全向可动射电望远镜，由新疆天文台牵头研制。
2011年，王娜向自治区提交了项目申请报告，但心怀忐忑。“作为基础研究的天文学并不会对当地经济社会发展有立竿见影的效果，而且那片地方环境非常优美，完全可以发展旅游。”王娜说。
自治区领导仔细了解QTT项目内容后，说了一句话：“那就把新疆最好的地方给你们天文学家！”
大局已定，但无穷困难亦纷至沓来。
首当其冲的是对新疆天文台建设能力的质疑。质疑者都是国内天文学专家，理由也并非空穴来风。不同于固定在地面的“中国天眼”，QTT项目天线被设计为全向可动，以实现最大探索范围。记者以最直观的方式感受了QTT项目的建设难度。站在南山26米口径射电望远镜脚下，人就像树下的松鼠，巨大的压迫感扑面而来。而QTT项目光天线直径就要比前者大4倍多，高40层楼，重6000吨，还要能四面八方自由转动。要建成这样一个庞然大物，并让其在之后数十年内顺利运行，难度可想而知。
不仅如此，建造这面地球上最大的全向可动射电望远镜，对建造工艺和材料的要求，远远超出了当时国内工业界的能力，在世界天文射电望远镜建设史上也无先例可循。漫长时间里，QTT项目经历了史上最严苛的论证。无数次反复，千万个细节的推敲，数不清的失败，都足以让人崩溃。
但王娜没有。这位目光沉静、语言精练的女科学家，以让全台人钦佩的钢铁意志，推动QTT项目一步步向前发展。其实早在QTT项目之前，王娜就已因脉冲星领域的卓越成就蜚声国际天文界。“宇宙无限，从我个体讲，有无数事情可以做。”王娜说，“但我们选择的是在新疆发展建设科研平台，新疆不仅有壮阔的风景，肥美的牛羊，更有人类探索星空的最先进设施和丰硕成果，是天文‘丝绸之路’的重镇。我们希望通过天文领域的建设来推动新疆发展。QTT项目虽难，但如果你不起步，就永远做不到。不能退！”
“不能退的另一个原因，是自治区党委和政府一直非常支持我们。”王娜告诉记者，2011年至今，新疆在资金、建设施工、手续审批、附属配套等诸多环节都给了QTT项目坚定支持，与中国科学院一起，成为推进项目的关键力量。
12年来，QTT项目如火焰照耀着年轻人的理想。新疆天文台160名员工，近一半都参与了QTT项目建设，其中很多人都是博士毕业后冲着该项目来的。“年轻人怀揣梦想而来，我不能让他们的梦想破灭了吧？得和他们一起坚持把项目搞成！”王娜仿佛在自问自答，随即言语中透露着自豪，“十多年了，我们科研团队的核心成员从未放弃！”
2022年9月21日，人类历史上口径最大的全向可动射电望远镜项目，在中国新疆奠基！
由中国科学院新疆天文台南山观测站1米大视场光学望远镜拍摄的猎户座大星云，像一只展翅飞翔的火鸟，又称“火鸟星云”。新疆天文台供图
这里的年轻人，很强！
“攻克技术难题时，你一天睡几个小时？”面对QTT天线项目负责人许谦，记者如是问。“你应该问我几天睡一次！”这位40岁出头的新疆天文台天线技术实验室主任一谈到QTT项目，声音马上大起来，“这东西永远有兴奋的点，不停有挑战。”
“年轻人喜欢挑战，更愿意迎接挑战。”王娜说。“70后”“80后”成为QTT项目建设团队主体。最年轻的古丽加依娜·哈再孜汗刚满30岁。她负责天线主动面快速测量，这是一项开创性技术。
QTT抛物面由1920块面板构成，巨大自重会让面板变形。而观测要求面板面形精度控制在0.2毫米，也就是说面板变形不能超过半根头发丝的厚度。古丽加依娜要通过快速测量，在2分钟内将精准数据传输给每块面板后的促动器，后者会持续作用力于面板上，令其始终保持在标准面形精度内。“我们相邻的促动器可以联动，不像国外，它不‘握手’。”古丽加依娜说。
“你是最年轻的，团队讨论时会怵吗？”记者问。
“不怵啊，错了就错了嘛，再来。台里有这样的科研环境。”古丽加依娜说。
12年来，一个个初出校园的年轻人奋斗于星空下，成长为新疆天文学研究的中坚力量。他们对QTT项目充满自豪。“以高频观测为例，德国一年能观测不到1个月，美国GBT望远镜也就1个多月，而我们的QTT项目建成后有6个月的观测时长，这是多么巨大的优势。”许谦说，“排除万难也要成功！”这位自2011年就参与QTT项目的“80后”如今已是博士生导师。
3月23日上午，一场自治区重大科技专项项目实施方案论证会召开，项目课题的科研骨干，都是新疆天文台近10年培养起来的。年轻俊彦们依次上台陈述，没人注意到台下王娜眼角的莹光。“报告有很强的学术积累，内容也非常前沿，特别欣慰！”王娜说。
这并非单纯的感动。
天文学是地球上开放度最高的学科之一。一直以来新疆天文台都与全球的天文学家共享观测数据。民间团队亦受益于这种胸襟。正是通过NOWT分享的数据，与新疆天文台深度合作的星明业余天文观测团队成员张宓，在2月26日NOWT疏散星团观测数据中发现一颗快速移动天体，它正是那颗3000万千米外的近地小行星，临时编号2023 DB2。这让新疆天文台成为国内第三个发现近地小行星的中科院单位。
QTT项目建成后，全世界科学家都可以申请望远镜使用时间，事实上自去年奠基后，已陆续有国外的天文工作者申请来疆。这意味着新疆将因QTT项目，成为全球天文学家的竞技场。
“你不能说新疆建成了世界一流的天文设施，却没能力做出一流的科研成果。”王娜说，“12年时间，我们的科研和管理团队都有了深厚积淀。事实证明，这里的年轻人，很强！项目还有6年时间建成，无论现在和未来，我们的科研梯队和培养模式都撑得起这个事情！”
“核心器件、核心设备无法买到，就自己钻研。项目建设不仅要考虑前沿，还要考虑可实现性。我们用世界最好的技术来做这件事。”新疆天文台副台长陈卯蒸一句话道出多少艰辛与豪情。
南山观测站，高级工程师闫浩指着26米口径射电望远镜机房内的核心部件说：“以前我们学西方，现在齐头并进了，拥有全部自主知识产权。”在此基础上，QTT项目以新疆天文台为核心，凝聚中国各领域顶尖团队，不仅稳步推进，还正在促进国内高精尖技术装备制造工艺水平的整体提升。
新疆天文台大门两侧是几家小店与街边市场，卖着蔬菜、小吃、儿童玩具。傍晚，将目光从深邃宇宙中暂时收回的天文工作者们陆续走出大门，如波四散。他们肩挑星辰，融入人间烟火。（文/刘东莱 谢慧变）
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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