• 工程简介

    Project Introduction

    世界最大的单口径球面射电望远镜(FAST),又被形象的称作中国“天眼”。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。

    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。

    大国工匠

    Great power craftsmen

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    南仁东

    中国天文学家、中国科学院国家天文台研究员,曾任FAST工程首席科学家兼总工程师,主要研究领域为射电天体物理和射电天文技术与方法,负责国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)的科学技术工作。

    工程大事记

    Engineering Events

    工程参数

    Engineering parameters

    工程故事

    Engineering story

    著名物理学家杨振宁访“中国天眼” 冀早出重大成果

    FAST即有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜,是具有中国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。由中国天文学家于1994年提出构想,从预研到建成历时22年,2016年9月25日在贵州省黔南州平塘县落成。   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。   杨振宁接受记者采访时表示,“中国天眼”是世界上最先进的特殊设备,将会对世界天文学做出非常大的持续贡献。并特别勉励FAST现场的青年科技骨干,珍惜参与国家大科学装置的工作机会,持之以恒、团结协作,期待FAST早出重大成果。   作为首批中国十大科技旅游基地,中国天眼景区自开园以来,科普游持续火爆。据平塘县旅游部门初步统计,2017年上半年,该县接待游客513.63万人次,同比增长43.07%。其中,中国天眼景区上半年游客接待量就达374.86万人次。   杨振宁说,平塘县要在“中国天眼”带来发展机遇的同时,抓好青少年对天文科普知识的普及教育,激发他们对学习天文科普知识的欲望

    中国天眼FAST“追星人”:我们的征途是星辰大海

    说到天文学家,也许我们脑海里会浮现出一些举着望远镜仰望着星空,充满神秘气息的形象,可在中科院国家天文台,有这样一群年轻人,他们总是绕着一口“大锅”转悠。这口大锅就是FAST,全称500米口径球面射电望远镜,也被誉为“中国天眼”。如果说光学望远镜是在看的话,那射电望远镜更像是在听:竖着耳朵,静候佳音。作为世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,建成试运行一年多来,已经有9颗脉冲星被它发现并认证,而这群年轻的天文工作者,就是用“天眼”追星星的人。 这是一段用脉冲星信号映射的声音制作出来的音乐。国家天文台的研究人员将两颗脉冲星的自转周期放慢了80倍,把脉冲星的信号振幅转换成了声音的强度,就连里面的打击乐、鼓声都来自于脉冲星的频率。 潘之辰第一次听到这段声音的时候还在上学,他一直期盼着什么时候自己也能发现一颗脉冲星,好仔细听一听来自外太空的梦幻之音,去年8月,他终于听见了,自己苦苦搜寻的脉冲星密语。 国家天文台助理研究员 潘之辰:你如果听到它就是这样,超级难听,第一反应就是怎么是这样的声音,但是再往后你就想,认了,反正都是自己发现的。 理想很丰富,现实有点单调。作为一个从小就立志寻找外星人的天文爱好者,潘之辰2011年电子系毕业后考上了天文学的研究生,高高兴兴念完了博士,在国家天文台谱线研究的凳子上还没坐热,就被拎去对着电脑找星星,电脑的另一头,连着一个巨大的望远镜。 FAST,全称500米口径球面射电望远镜,这么大的一口“锅”可以实时调整它的反射面,不差分毫地将信号反射到一点,汇聚、探测那些宇宙深处微弱的无线电信号。不过现在FAST还处于调试期,但接收低频电磁波已经可以很精准了,这时候,发射低频波的脉冲星就成了观测的主要目标。因为自转周期非常稳定,脉冲星准确的时钟信号可以作为引力波探测、甚至星际导航的理想工具。 国家天文台助理研究员 钱磊:哪儿有一颗恒星,哪儿会有高能粒子的辐射,哪个地方是比较危险的,脉冲星就可以用来作为导航,如果我们的征途是星辰大海,我们要往地球之外去的时候,那么我们就需要知道天体在我们周围的分布,这样的话我们才会有一张在星际空间航行的航海图。 不仅如此,脉冲星还是理想的天体物理实验室,它一边飞速自转,一边有节奏地弹出脉冲,就像是一个旋转的灯塔,当灯塔的光扫过地球的时候,地球就可以接收到一次信号。FAST现在一秒钟采样5000次,这些数据上传到服务器,往往一个晚上,摆在潘之辰和同事面前的就是十几TB的数据和三万多张信号图表。他们要运用大数据模型进行分析,来寻找存在脉冲星特征的候选体。 国家天文台助理研究员 潘之辰:一天能看一万多张,但这个也就是人的极限了,盯着屏幕,很使劲地看,大力出奇迹。 FAST不同于大家之前接触的传统望远镜,没有任何成熟的经验可供参考。刚开始,对于它找出的脉冲星信号特征是什么样的,谁也不知道,谁也不敢乱筛,所以大家只能硬看。潘之辰到哪儿都背着个电脑,隔壁办公室的钱磊陪爱人产检时,也蹲在外面看图。去年八月,钱磊在产房外刷着图,突然他发现了一个非常明显的信号,一条黑线渐入又淡出,就像是星星从他眼前一闪而过。 国家天文台助理研究员 钱磊:那颗脉冲星(信号)太强了,我一眼就能看到它肯定是脉冲星,只是说我不知道它是已知的脉冲星,还是未知的脉冲星。 钱磊赶紧给潘之辰打电话,以防万一,他们用德国的射电望远镜联合观测,最终确认这就是一颗从未被发现的脉冲星,那条淡淡的黑线,是来自0.7万光年以外它的声音。 整个地球所接收到的 来自宇宙的无线电信号能量加起来也翻不动一页书,但那些来自外太空的呢喃,因为FAST开始被倾听、被捕捉。它屹立着,遥望着,如同总工程师南仁东先生写下的那样:“感官安宁、万籁无声,美丽的宇宙太空,以它的神秘和绚丽,召唤我们踏过平庸,进入它无垠的广袤。” 国家天文台助理研究员 潘之辰:南(仁东)老师他在九几年,那时候我还在读小学,甚至还在读幼儿园的时候,就开始考虑望远镜的事情,到这么多年最终我们把望远镜建在这了,然后我现在可以享用这个数据,现在有这样大的望远镜,我们需要把它先用好,而需要用好,就光这一句话,我想对我们已经是很重的事情了。 FAST建成试运行一年多来,9颗脉冲星已被发现并认证,潘之辰用自己写的脚本找到了已经超过了一半。钱磊写出了计算望远镜指向的程序,并和同事们生成了FAST反射面板的30年变形轨迹。截至目前,FAST已经积累了超过1500小时的试观测时长,每一次扫描,科研人员们不仅需要重新设计软件,还要迅速处理海量数据,一晚也不能耽搁。潘之辰说FAST已经成了他最亲密的伙伴,每天一早打开电脑看它发来的讯息,就像在和自己分享昨晚看星星的体验。 记者:美吗? 国家天文台助理研究员 潘之辰:何止美啊,这简直就是一个有生命的东西,它有时候会跟我说,哪里可能有一个新的信号,可能是脉冲星,哪天可能它跟我说,干扰多了,你们得想办法了,通过调整望远镜,其实就是某种和宇宙对话的方式,知道宇宙跟我们说什么。 潘之辰总说自己是幸运的,他们这群平均年龄不到三十岁的科研工作者,可以拥有这样梦寐以求的望远镜来追寻自己的天文理想。而在这个大家伙静静仰望的另一端,究竟会不会有另一位朋友,也在努力向我们招手,传递好奇的讯息? 国家天文台助理研究员 潘之辰:人类在宇宙中,到底是只有我们,还是说我们有朝一日可以看到跟我们类似的生命,甚至是智慧生命,谁都不好说,对于科学来说,既然你不能证明它没有,那你就可以试图想象它如果有是什么样子,而现在我自己,或许也可以开始搜索答案了。

    追记“中国天眼”之父 FAST就像他亲手带大的孩子

    “中国天眼”之父走了,留下最美的科学风景 追记FAST首席科学家兼总工程师南仁东 时至今日,张海燕仍难以接受南仁东离世的事实。她总以为还能再见到那个“似乎无所不知、爱抽烟、嘴硬心软”的老爷子,还能听到南仁东在隔壁办公室喊自己的名字。但这一次,他真的“走”了。 资料图 图为航拍安装完成前夕雾中的“天眼”。 中新社记者 贺俊怡 摄 9月15日,南仁东的生命戛然而止,享年72岁。10天后,由他发起并领导完成的世界最大单口径射电望远镜FAST,迎来落成启用一周年的纪念日。人们为有“中国天眼”这一大国重器自豪之余,更多了分遗憾——这个工程的最主要缔造者,没能亲眼看到这一切。 人们或在报纸,或在互联网上,用“中国天眼”之父、FAST首席科学家兼总工程师这样的字眼来缅怀南仁东。而在他身边的人眼中,他更是那个愿意被叫做“老南”的科学家前辈。9月26日,中国科学院国家天文台专门为老南举行了先进事迹报告会,张海燕是他的学生,也是FAST工程办公室副主任,说起老南生前的故事,她几度哽咽。 FAST:最美丽的科学风景 南仁东是FAST最早提出者之一。 1993年在日本东京召开的国际无线电科学联盟大会上,与会科学家提出,要在全球电波环境恶化到不可收拾之前,建造新一代射电“大望远镜”。 以时任中国科学院北京天文台副台长南仁东为首的中国天文学家提出了一个大胆的方案——在中国境内建造大型单口径射电望远镜。而当时中国最大的射电望远镜口径只有不到30米。 国家天文台党委书记、副台长赵刚至今记得,从1994年起,当时年近50岁的南仁东开始主持国际大射电望远镜计划的中国推进工作。这其中就包括他那个大胆的提议,即利用我国贵州省的喀斯特洼地作为望远镜台址。 然而,工程的艰难程度远超想象,这么大的望远镜建设,涉及天文学、力学、机械工程、结构工程、电子学、测量与控制工程,甚至岩土工程等各个领域。赵刚给出了一组数据,2011年开工令下达,在5年半的工程建设过程中,先后有150多家国内企业相继投入FAST建设。工程之复杂可见一斑。 FAST口径达500米,其面积相当于30个足球场、8个“鸟巢”体育场。南仁东的想法是,要找一个天然的洼地,不用动用太多土方,且必须是一个远离大城市、射电干扰小的地方。 从选址到2016年FAST正式建成,用了整整22年,其间,南仁东走过数十个窝凼。那时,周边县里的人几乎都认识南仁东——“一开始人们以为发现了矿,后来说发现‘外星人’”。 赵刚说,22年来,南仁东心中最大的梦想,就是把大窝凼变成一个现代机械美感与自然环境完美契合的工程奇迹,这是他心中一道最美丽的科学风景。 22年,8000多个殚精竭虑的日子。作为“造梦者”的南仁东,从北京到贵州,带领科研工作者、普通工人、农民克服了不可想象的困难,实现了由跟踪模仿到集成创新的跨越。 赵刚援引媒体的一段评价说,他从壮年走到暮年,把一个朴素的想法变成了国之重器,成就了中国在世界上独一无二的项目。 “FAST就像他亲手拉扯大的孩子” 不少人用“20多年只做了这一件事”,来形容南仁东和FAST的关系。 说起当年勘察台址,FAST工程馈源支撑系统副总工潘高峰谈到了这样一个画面:那时候,南仁东常和年轻人一起,在没有路的大山里攀爬。 在要爬最陡峭的一个山顶前,大家都劝南仁东在山下等着,看完结果向他汇报,他却要和大伙儿一起上去,看看实际情况。潘高峰说:“南老师这么大岁数还要亲自上去踏勘,搞得几个设计院的老总也不好意思,也纷纷跟着爬上去了,其中一个院长还穿着西装、皮鞋。” 那一年是2010年,南仁东65岁。他身穿工服、头戴工帽,走过了贵州近百个窝凼。 也是这一年,FAST遇到了一次近乎灾难性的波折,即索网的疲劳问题。 FAST工程调试组组长、国家天文台研究员姜鹏说,当时工作人员购买了十余根钢索结构,进行疲劳实验,结果全部以失败告终,没有一例能满足FAST的使用要求。南仁东的压力之大可想而知。 整个研制工作接近两年,经历近百次失败,几乎所有失败案例南仁东都亲自过目。最终,他还是带着团队研制出满足FAST要求的钢索结构,算是让FAST渡过了难关。 FAST工程馈源支撑系统副总工李辉回忆,2014年,馈源支撑塔刚开始安装,南仁东就立志要第一个爬上所有塔的塔顶。最终建成后,他的确一座一座亲自爬了上去。 后来,李辉想明白了:老人是在用这样一种特殊的方式庆祝他心中的里程碑! “FAST就像是他亲手拉扯大的孩子一样,他看着它一步一步从设想到概念,从概念到方案,到蓝图,再到活生生的现实,他在用自己独特的方式拥抱望远镜!”李辉说。 他的人生充满了执着、义气和随性 有人说,南仁东成就了FAST,而FAST也成就了南仁东。实际上,早在FAST之前,南仁东就已是著名的天文学家。 南仁东1945年出生在辽源市龙山区,1963年,他以高考平均98.6分(百分制)的成绩、“吉林省理科状元”的身份考入清华大学无线电系,是当地10年间唯一考入清华大学的高材生。 “文革”之后,南仁东来到北京天文台读天体物理的研究生。后来,南仁东到日本做客座教授,帮助日本空间甚长基线干涉天文台项目解决卫星-地面VLBI的成图难题。2006年,他被国际天文学联合会射电天文分部选为主席。 赵刚说,多年来,FAST的创新技术得到了各方认可,获得了各种奖励,然而,南仁东个人的荣誉屈指可数。但他身边的人都颇为默契地认为,南仁东本人并不在意这些荣誉:老南是个人生层次更为丰富的人。 姜鹏后来做了南仁东的助手,接触深入了,经常能听他讲自己的故事:他上山下乡如何度过艰苦而又快乐的10年,他如何回到北京天文台,他又如何在荷兰求学,在日本工作,又是怎样回国的…… “他的人生充满了执着、义气和随性……我太喜欢了,是我多么向往而又可遇不可求的,我甚至嫉妒他具有传奇色彩的人生经历。”姜鹏说。 姜鹏说,老南身上有些品质是自己永远也学不会的,比如怜悯之心:南仁东会以弱势群体的角度审视这个世界,他资助过十余个贫困山区的孩子上学,至今仍有受资助的学生给他写信。他在FAST的施工现场与工人打成一片,他记得许多工人的名字,知道他们干哪个工种,甚至知道他们的收入。 南仁东的学生、FAST工程接收机与终端系统高工甘恒谦说,南仁东爱烟如命,经常烟不离手。FAST团组里几个较活跃的学生,把这些编成段子。南仁东听到了,不仅不生气,后来他自己还把这些段子拿过来,添油加醋再渲染一番。 当然,该严的时候,南仁东也不手软。 “批评,批评,好像一直是这样。有时候我觉得自己已经做得很好了,为什么还是批评呢,我甚至有些小情绪。”姜鹏说。 然而,在别人嘴里,姜鹏听到南仁东对他的评价,却一直是不错的。 5月15日,姜鹏给南仁东打电话汇报工作,姜鹏问他:“老爷子,听说你要去美国(看病)?” 姜鹏听到电话那头传来南仁东低沉的声音,“是的”。他们沉默了半刻,令姜鹏没想到的是,这时南仁东突然问他:“你有时间回来吗?” “这边儿事太多了,我可能回不去。”姜鹏没加思索,就这样回复了南仁东。 至今,姜鹏还在为自己的这个回答而自责。 在FAST的团队里,不少人都有类似的遗憾。这其中最大的一个,就是FAST虽然已建成,但还未产出重大的科学成果。 这也是南仁东的一个遗愿,让FAST这件科学利器早日取得突破性成果。潘高峰希望,那一天,世界各国的同行都将把目光聚焦在这里。潘高峰说到这里,抬头望向前方说,“南老师,这一天,不远了!”

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    射电望远镜FAST发现43颗脉冲星 张仲设计防雷系统守护“天眼”

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