• 射电望远镜没有经济回报就不做吗?“天眼”之父南仁东:建设它源
  • 2019-11-16 18:32:38   来源:匿名   热度:150

  • 内容提要:作为海口市和中国铁路广州局集团有限公司合作的重大成果,今年7月1日,海口市市域列车正式开行通车。今天上午,市委副书记、市长丁晖在海口与中国铁路广州局集团有限公司总经理韦皓一行举行工作会谈,共同研究协商深化合作成果、提升海口市域列车运行水平。...
  • 本文发表在2019年第39期《三联生活周刊》上,原标题为“任栋:走向星空”。严禁未经许可转载,侵权行为必须受到调查。

    从新中国成立到成为世界第二大经济体,中国创造了70年人类发展史上的奇迹。奇迹背后,中国经历了无数的波折,付出了血与泪的代价。当然,它也贡献了惊人的智慧和勇气。在新一期三联生活周刊《奋进的时代:新中国成立70周年》的封面上,我们选择了几十位在新中国70年复兴之路上值得纪念的人,来回顾中国人民70年的奋斗历程。

    “天眼”之父任栋(新华社)

    2017年9月15日,天文学家南任栋死于肺癌。他死后的宣传让许多人第一次知道,这位科学家和他的“中国之眼”——由中国自主开发的500米球面射电望远镜(fast),位于贵州省平塘县。南任栋是世界上最大的单孔和最灵敏的射电望远镜的首席科学家和总工程师。

    在同事们的记忆中,这位老人给人留下了随和的印象。自从20世纪90年代规划快速项目以来,每次去贵州,他都会去工地,穿上一件大汗衫,和工人们一起蹲下来聊天。许多游客一时分不清谁是农民工,谁是南仁东。只有鼻梁上的眼镜显示了他的身份。“他记得许多工人的名字,知道他们做什么样的工作,知道他们的收入,知道他们的家务,如果他没有亲眼看到,他对工人的尊重是无法想象的。”快速项目调试团队负责人江鹏在接受本报采访时说。

    人们想寻找他的传奇经历,却发现南任栋的生活相当“平淡”。他也遭受了苦难——在他生命的最后几年,南任栋患了癌症,在黔中之间来回拖着他生病的身体。他在项目中遇到困难,几天几夜都睡不着觉。然而,总的来说,与共和国一起长大的科学家的生活非常顺利。1963年,他被清华大学广播学院录取为吉林省理科高考状元。毕业后,他在吉林省通化市广播电台做了十年卓有成效的工程师,积累了工程和社会生活经验。1978年高考复试时,南任栋被中国科学院天体物理研究生王守官院士录取——这不同于命运不确定的普通桥梁。他的妻子和领导人慷慨地支持他。工厂专门安排了一次出差,送他去北京报到。同事们说,他上车后“一路哭着去锦州狗梆子”。从那以后,南任栋一直在中国科学院工作,其间他进行了多次海外交流和访问。一切似乎都在为他将来完成快速项目做准备。甚至绘画爱好也有它的位置——快速标志是南任栋自己设计的。

    fast项目也得到了中央和地方政府的大力支持。根据项目工期,将于2016年9月25日顺利完成并正式对外开放。在生命的最后一个月,南任栋见证了快中子带来的中国射电望远镜发现零脉冲星的突破。任栋和fast是一个快乐而完整的故事,这似乎是当今中国的锦上添花,在中国,工程奇迹一再称霸世界。

    然而,巨浪正在平静中酝酿。一个简单的事实是,世界上绝大多数国家不仅没有,而且从未打算独立开发大口径射电望远镜。这个项目非常昂贵,但不像一般与“国计民生”相关的军事工业和医疗,虽然是天文研究,它主要关注宇宙的起源和演化、天体结构、外星生命等。因为它太基础了,短期内不会直接应用于载人航天、空间站等著名的空间项目。在介绍fast项目时,南任栋直言fast是一款具有超强能力的望远镜,但在完成之前,可以看到什么和什么是“有用的”并不完全清楚。从某种意义上说,快速可以说是一种“奢侈品”,这就是为什么它是一种“国家重量”,只能是一种“大国重量”。

    今天的斋戒位于贵州山区深处。整个项目相当壮观。直径500米的“大锅”有一个相当于30个标准足球场的接收区。Fast极其灵敏,检测限为1× 10-30W/(Hz m2),可接收137亿光年以外的微弱信号。为了避免干扰信号,贵州省政府设立了一个特殊的电磁波静默区,以限制附近的人类活动,快速重新定位空中航线,甚至专门立法关闭周围几公里内的所有通信基站。在fast附近,不仅电话被严格禁止,数码相机也被禁止,汽车也不能使用电子点火。

    无论在可见还是不可见的世界里,这个怪物都处于绝对的平静中,等待着来自宇宙最深处的信息。正如南任栋所说:“大口径望远镜的建造不是由经济利益驱动的,而是来自人类的创造冲动和探索欲望。”Fast象征着中国人开始以全新的好奇心看待宇宙。

    2016年,中国主要科技基础设施“天眼”——直径500米的球形射电望远镜建成并投入使用(新华社图片)

    1993年,国际无线电科学联合会在东京举行了一次会议。来自不同国家的科学家一起为21世纪射电天文学的发展规划蓝图。科学家希望抓住最后一个时间窗口,在无线电波环境被人类经济活动完全摧毁之前,找出宇宙结构是如何形成和演化的。只有大型射电望远镜才能帮助人类实现这个梦想。否则,除非人类有能力在月球背面建造同样口径的望远镜,否则许多宇宙起源的问题将成为永恒的谜团。

    国际合作是这种大跨度基础研究的最佳选择。包括中国在内的十个国家的天文学家提出了联合建造下一代大型射电望远镜的倡议,该倡议于1999年被命名为斯卡计划(ska Plan)。参与fast项目的国家天文台研究员彭波(peng bo)表示,在每个国家的计划中,思维方式不超过两种:“大口径小数量”或“小口径大数量”——一台大型望远镜可以解决这个问题,但很少有国家有实力这样做,几台一定距离的望远镜可以组成一个阵列。然而,仅靠一个国家是很难完成的。大多数国家同意小口径计划,而中国更喜欢大口径计划。

    1994年,南仁东初步确定贵州是一个自然喀斯特地貌、电磁环境安静的适宜建设省份。凭借300多张卫星遥感图像,他徒步穿越中国西南部的山区,对比了12年来1000多个洼地。结合遥感技术和反复搜索、筛选和分析,有100多个“太行”,直径从200米、300米到500米不等。南任栋坚持认为所有的100多人都应该去,因为他必须找到一个可以建造最大口径建筑的地方。

    当时,任栋对大规模项目的态度是不现实的,甚至是虚幻的。1994年,中国最大的望远镜直径只有25米。fast的高级工程师甘恒谦在接受本报采访时强调,5亿口径在当时是“一个非常非常先进的想法”。在此之前,200米口径的计划被评估为“超级大胆”。斯卡国际公司总干事菲利普·戴蒙德(Philip diamond)也表示:“我从未想过这台望远镜的直径是500米。当我第一次听到这个设计想法时,我很震惊。”

    南任栋知道,如果中国没有被纳入斯卡国际计划,中国有可能决定独立建造射电望远镜。它必须需要非常大的口径才能获得以前无法获得的观察数据并引导一段时间。否则,它是没有意义的。1994年,他写信给中国科学院院长周赵广,要求了解该方案的设计思想,并拨出资金支持选址工作。第二年,周赵广向评选小组发放了50,000元和60,000元的专项补助。由于他坚持超大口径计划的可能性,他还请求了遥感研究所、科技部、中国国家自然科学基金会等的帮助。随着选址工作的增加。1996年,太和当最终被发现,这是一个可能实现500米口径的地方。后来fast也建在这里。

    20世纪90年代,当中国社会存在如此多的问题时,国家各部门都支持射电望远镜,这是一个没有经济回报的项目。即使它完成了,至少也要过几十年。背后是远见和相当大的决心。大型射电望远镜的建造自然是矛盾的,它的位置要求尽可能少的无线电活动——欧洲和日本被排除在外,而欠发达地区则无条件地被排除在外。如果独立建设,只有中国、美国、俄罗斯和世界上其他大国才有机会。是否抽出精力做一件“无用”的事情,实际上是对未来投资和自己文明方向的考虑。

    20世纪90年代,南仁东本人也受到了考验。作为一个在改革全盛时期出生的科技人才,他没有机会去做更容易“赚钱”的事情。早在20世纪70年代,他就改革了电脑键盘的设计,使该企业成为通化市三大盈利企业之一。20世纪90年代,当知识分子一个接一个出海时,他拿走了以前好朋友工资的十分之一甚至百分之一,默默地为一项伟大的事业做准备。

    在选址的同时,项目组完成了一系列的应用准备工作,如直径为30米的索网结构收缩模型。南任栋反复说:“我们仍然要努力把斯卡带到中国。”自1993年以来,南任栋一直担任该国际项目中国推广委员会主任。经过十多年的审议、申请、评估等工作,2006年夏天,中国代表团前往英国剑桥大学斯卡总部参加国防会议。国际陪审团将最终决定斯卡将在哪里着陆。

    在ska入选的同一年,南任栋当选为国际天文学会无线电专业委员会主席,这也是中国天文学界第一次在这一级别就职。自20世纪80年代中期以来,南仁东先后在许多国家进行了访问研究、接触与合作。他的学术水平和对天文学的热爱受到了国际同行的广泛尊重。一位世界著名天文学家去世前做的最后一件事是飞往中国再次见到南任栋。然而,中国天文学界的认可并没有影响国际评审团对基于一系列实际因素的项目选址的考虑。

    2006年9月,国际斯卡项目促进委员会发布了最终决定,中国在选举中落败。斯卡项目已被确认由澳大利亚和南非实施,这两个国家都采用了多国复杂合作的阵列形式。根据澳大利亚的提议,阵列将延伸至新西兰。根据南非的提议,碟形天线将在纳米比亚、博茨瓦纳、莫桑比克、马达加斯加、赞比亚、毛里求斯、肯尼亚和加纳建造。

    回顾2007年的时间节点,虽然ska项目完成后的性能将超过其他射电望远镜,但其协调性复杂,建设周期长。真正的投资将等到2030年底。如果中国单独建造一个大口径射电望远镜,它仍然能够获得几十年的观测。然而,前提是它的口径必须达到500米左右才有意义,这正是南任栋一直在准备的。

    国际ska计划不会在中国实施。它已经成为一个固定的数字。你还需要努力自己去建造它吗?像前面给出的支持一样,这次答案是肯定的。第二年,中国科学院正式宣布了这个快速项目。同年7月,国家发展和改革委员会批准了这个快速项目。球队欢呼雀跃,但根据当时人们的记忆,南仁东却没有喜悦和悲伤的表情。因为他知道真正的工作才刚刚开始。

    作为涉及广泛领域的大型科学项目fast的首席科学家和总工程师,南任栋已经从简单的天文学研究转变为必须了解力学、机械、结构、电子学、测量与控制、岩土等的全能科学家。每个人都开玩笑地称他为“战术老工人”。施工开始时,要建一个水窖。施工方寄来了设计图,他很快指出了几个错误。建成后,他是第一个爬上600米支撑塔的人,他非常清楚这些螺丝是否拧紧。他是快速项目团队中最忙的人。快速项目工程师潘高峰早些时候告诉本报,如果出差没有互联网,南任栋会坐立不安,“因为他不能处理邮件,他每天必须处理数百封来自国内外的邮件”。在贵州省克都镇大武堂的工地上,他总是走在最前列。“在现场调查时,他已经65岁了,和年轻人一起在没有道路的山里爬山。当去周围最陡的山顶时,每个人都建议他在山脚下等着,但是他必须和我们一起去。看到南老师在这么大的年纪不得不亲自登顶,几个设计院的老板很尴尬,都爬了上去。

    在生命的最后十年,南任栋进入了冲刺阶段。他一生中积累的知识、经验和洞察力转化成了一代人的创造力。Fast要求反射面上方的进料仓具有高定位精度。当时,该小组进行了几次饲料支持的规模模型试验,但未能满足最大观察角度的要求。南仁东富有想象力地提出在进给舱周围增加一圈流体或半流体“水环”,流体在重力的影响下会集中在一定的方向,这可以有效地弥补姿态控制的不足,使进给舱的角度相应地发生变化。尽管fast最终采用了另一个计划,但任栋“水环”的想象力确实给项目团队的其他成员留下了深刻印象。

    钢索结构的疲劳决定了fast的命运,也是整个工程的最大危机。江鹏坦率地说:“起初,我没想到找到合适的电缆材料会如此困难。”从知名企业购买了十多种性能最佳的索结构进行疲劳试验。结果表明,fast对索结构的性能要求远远超过了国内外相关领域的规范。fast必须从零开始解决材料问题。南任栋甚至提出用弹簧作为弹性变形的载体来解决电缆疲劳问题,这让每个人都感到难以置信。然而,这一计划显然太超前,技术条件不成熟。江鹏回忆道:“我甚至不记得会议是如何结束的。我只记得那是多么奇怪的安静。当我们都离开会议室时,他仍然站在黑板前,双手放在背后看着我画的画。那时,我觉得他有点无助,像个孩子。”开发工作在涂层改进和锚固技术等几个方面同时进行。在过去的两年里,它经历了近100次失败。几乎每一次实验,南仁东都去现场交流改进措施。钢索结构最终得以发展,技术难题一一克服。

    吴学忠是南仁洞的一名未成年人,他曾回忆说,有一年端午节期间,当他还在上高中的时候,南仁洞在黎明前爬到龙首山顶观看日出。他谈到天空和大海,直到夜幕降临。直到那时,他才知道南仁东已经喜欢天文学,并且每个月都会订阅科普杂志《每月一星》。几乎在他们上高中的同时,中国和苏联的天文学家于1958年在海南岛联合进行了日环食观测——这是对太阳射电的研究,也是中国天文学的一个关键步骤。吴学忠对南仁东极其丰富的知识感到惊讶——他能够生动地讲述列宾的《伏尔加河上的法夫》和《意外归来》,而《伊凡·里德杀死了他的儿子》的原名是《伊凡·里德和他的儿子在1581年11月16日》。在一个看似贫穷的时代,他的思想和思想是无边无际的,就像当时的中国科学家一样。在与苏联研究了太阳射电之后,中国科学家还想研究太阳系以外的东西,这需要一个大型射电望远镜。当时,国家权力是不允许的。王守官院士是后来的南仁东研究生导师,他提出了一个替代方案。1966年,他提出了在北京密云县建立射电干涉仪和Mipo合成孔径射电望远镜的计划,开创了中国射电天文学观测研究。当南仁东在中国长大时,建造一个大型射电望远镜成为可能。

    2016年9月25日是中国天文学史上的一个里程碑。fast在这一天举行了就职典礼。化疗后,南仁东头发稀疏,独自离开首都机场前往贵州。江鹏说,当时南仁东其实有点焦虑。直到2017年8月27日望远镜第一次跟踪并收到跟踪效果图,他才松了一口气,并向调试团队表示祝贺。不到一个月后,南任栋去世了。

    在90年代考虑参与国际合作项目时,实际上除了贵州以外,天文学界还与总参谋部、北京大学等一系列单位进行了调查,并提出了以下候选人:川西高原、柴达木盆地、准噶尔盆地、内蒙古草原、鄂尔多斯高原西部、青海湖南部、蒋勋冲积平原、大丰-东台沿海平原、河南南阳地区、湘北、广西百色地区、广西北河池地区、柳州与南宁之间的盆地丘陵地区、云南宣威-沾益地区、师宗北部地区这是一个诞生在960万平方公里土地上的计划,因为这里的人们想探索最深的宇宙。

    南任栋编辑了一本科普书《快速入门》。他将解释“为什么需要大型射电望远镜”的章节命名为“朝向星星之海”。他以哥伦布的航行为例。支持他大胆想法的哥伦布和伊莎贝拉女王都不知道新大陆的存在。他们只有一个简单的信念:大型船只可以远航,他们渴望远方。这本书里有一首南任栋自己写的诗。最后几个字是:

    美丽的宇宙和空间,神秘而壮观,

    呼唤我们走向平庸,

    进入它的浩瀚。

    新租赁时代?这对“80后”夫妇从巴黎租到了北京,他们对生活的理解加深了。

    父亲离开了,他生命的倒计时即将结束,他最后的愿望是回家。

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