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“千眼天珠”正式建成 探秘高原“觀日者”

發布時間:2023-10-10 16:19:00來源: 中國青年報


遠眺圓環陣太陽射電成像望遠鏡。中青報·中青網記者 黃帥 攝


圓環陣太陽射電成像望遠鏡(遠景)。吳俊偉(wei) 攝(中國科學院國家空間科學中心供圖)


圓環陣太陽射電成像望遠鏡(近景)。吳俊偉(wei) 攝(中國科學院國家空間科學中心供圖)

  從(cong) “全球海拔最高”的四川稻城亞(ya) 丁民用機場驅車一路向南,繞過重巒疊嶂,穿過稻城縣城,便能在一片開闊的草場上,看到由313個(ge) “大鍋蓋”圍成的巨大圓圈。

  若從(cong) 電子地圖上看,它像一串銀白色的項鏈,靜靜地掛在山巒之間,它又仿佛與(yu) 山川融為(wei) 一體(ti) ,頗有神秘氣息。當來訪者親(qin) 臨(lin) 現場,則會(hui) 被這宏大的景象震撼——在方圓1平方公裏的土地上,313部直徑6米的拋物麵天線,一同朝向圓環中心的百米定標塔。

  這便是圓環陣太陽射電成像望遠鏡(以下簡稱“圓環陣”)。它坐落於(yu) 中國科學院國家空間科學中心亞(ya) 丁空間天氣野外科學觀測研究站,是國家重大科技基礎設施“空間環境地基綜合監測網”(子午工程二期)標誌性設備之一,是科學家觀測太陽活動的又一大國重器。

  9月27日,圓環陣順利通過工藝測試,它將持續對太陽活動進行科學觀測,在空間天氣、射電天文等多個(ge) 領域發揮重要作用。在這裏的“觀日者”們(men) ,將會(hui) 不間斷地監測太陽活動的信號,進而幫助我們(men) “讀懂”太陽。

  313朵“向日葵”

  圓環陣有一個(ge) 生動的別稱——“千眼天珠”。分布在圓環上的313部拋物麵天線,仿佛313朵“向日葵”,它們(men) 一邊沐浴在溫暖的陽光裏,一邊捕捉著太陽的信號。如果太陽發出了什麽(me) “特別信號”,它們(men) 就能在第一時間作出反應,將相關(guan) 信息上傳(chuan) 到監測團隊手裏。

  這313朵“向日葵”,早在多年前就已經植入土地,並跟隨建設計劃逐步生長。2022年11月13日,圓環陣設備主體(ti) 工程完工,正式進入聯調聯試階段。今年7月,圓環陣的“向日葵”基本成熟了,它們(men) 已經具備連續監測太陽活動的能力,科學觀測水平也得到了驗證。

  或許,很多人會(hui) 好奇:觀測太陽活動需要這麽(me) “費力氣”嗎?非要建成“千眼天珠”這樣大型的設施才行嗎?如果人們(men) 用一個(ge) 高倍天文望遠鏡去觀察日月星辰,當然也能“一飽眼福”。但對於(yu) 空間科學的高精尖研究來說,光靠過去的小型設備與(yu) 微型實驗,已無法滿足需要了。可以說,“千眼天珠”是隨著天文研究事業(ye) 的發展而產(chan) 生的“利器”。

  監測太陽活動的重要性是不容小覷的。在多數情況下,太陽的光與(yu) 熱都在為(wei) 地球上的生命提供著基本的能量,但太陽活動存在一定的不確定性,一旦太陽活動過於(yu) 劇烈,如突然產(chan) 生的太陽風暴,就會(hui) 幹擾人類的通訊活動。更為(wei) 劇烈的太陽活動,如強烈的太陽爆發,可以產(chan) 生如同100億(yi) 顆百萬(wan) 噸級核彈爆炸時的能量,對空間的衛星和地麵的輸電網絡等高技術係統產(chan) 生破壞性影響,還可能危害航天員和飛機乘客的生命與(yu) 健康。因此,如果人類能夠及時捕捉太陽活動的信息,就可以做好預警工作,盡量減少太陽活動的危險性。

  圓環陣就在幫助人類解決(jue) 這一問題。正如中國科學院國家空間科學中心研究員、圓環陣項目負責人閻敬業(ye) 所說,“每天盯著太陽看,看它什麽(me) 時候‘打噴嚏’”。

  圓環陣的技術水平,目前處於(yu) 世界前列。值得一提的是,圓環陣是我國科研人員自主研製的,采用了獨特的圓環陣列構型和原創的單通道多環絕對相位定標技術。它從(cong) 誕生的那一刻起,就與(yu) 我國的太陽觀測與(yu) 天文研究事業(ye) 緊密綁在一起。

  來之不易的“觀日神器”

  做好太陽監測的準備工作並不容易,“千眼天珠”能夠誕生於(yu) 稻城的高原之上,存在多方麵的因素。閻敬業(ye) 告訴中青報·中青網記者,在緯度比較低的地方,觀測太陽的性能更好。而且,觀測地點需要在山區選擇一大塊相對平整的土地,遮擋外界的電磁幹擾,類似在群山之中的盆地。圓環陣所處的位置,就符合這些優(you) 勢條件。

  “千眼天珠”建成圓環形狀的原因,也經過了科學上的縝密考慮。閻敬業(ye) 說:“圓環結構進行空間采樣時損失的信息量較少,而且圓環結構可以實現噪聲更小的目標。”

  圓環陣還能用於(yu) 空間天氣預報,可以讓預報更加精準。甚至,在建設圓環陣的時候,設計者還考慮到,將來可以通過圓環陣帶動稻城縣的文旅事業(ye) 發展。

  不論是圓環陣的神秘外形,還是它的奇妙功能,都能讓不少遊客產(chan) 生濃烈興(xing) 趣。在一些視頻網站上,就有年輕網友對圓環陣頗為(wei) 好奇,“這是什麽(me) 神秘基地?”“好家夥(huo) ,又是一大國重器”……

  來到現場,或許神秘感會(hui) 有所減弱,但敬佩之心,會(hui) 愈發強烈。對圓環陣了解越多,就會(hui) 越佩服它的設計者、建設者和維護者。尤其是在圓環陣建成之後,要保持高強度的監測活動,也離不開工作人員的日常維護。

  中國科學院國家空間科學中心副研究員、圓環陣項目副主任設計師武林,深度參與(yu) 了圓環陣的建設和科研活動,說起它的性能時,也是頗為(wei) 自豪。據他介紹,雖然圓環陣地處高原,氣候惡劣,但一般的雨雪天氣並不會(hui) 影響其質量與(yu) 監測效果。不過,如果風力過大,可能會(hui) 影響監測效果。

  “我們(men) 一直努力在進行技術攻關(guan) ,讓設備的性能更強。”武林說,對於(yu) 圓環陣的日常維修是必要的,拋物麵天線有313部,如果哪個(ge) 設備出現故障,都會(hui) 得到及時的檢修。

  目前圓環陣不僅(jin) 已有高質量監測太陽活動的能力,也初步驗證了脈衝(chong) 星成像等射電天文觀測能力。而且,圓環陣有效地解決(jue) 了626條鏈路的幅度和相位一致性問題,實現了實時高分辨率射電高光譜成像功能,在太陽物理和空間天氣研究中,它能夠提供高質量的自主監測數據。

  取得這些成績的背後,是大量科研人員長期的堅守、努力與(yu) 奉獻。在氧氣匱乏的高原之上,勇敢的人才能看到更壯麗(li) 的山河風光。

  圓環陣的勇士們(men) ,正在這條尋“美”之路上剛毅前行。

  播下科學的“青稞種子”

  在稻城,流傳(chuan) 著一個(ge) 動人的傳(chuan) 說。據當地藏族同胞口耳相傳(chuan) ,在遠古時代,有一位勇敢的王子,為(wei) 了解決(jue) 百姓的吃飯問題,便帶領幾十個(ge) 勇士去蛇王那裏討要青稞種子。然而,這一路上充滿了艱難險阻,翻過九十九座山,蹚過九十九條河,其他人要麽(me) 離開了隊伍,要麽(me) 在半途犧牲了,最後隻有王子成功拿到了青稞種子,當地百姓再也不用忍饑挨餓了。

  如今的稻城也迎來了幾十位勇士。他們(men) 克服重重困難,長期堅守在圓環陣的建設基地。在尋找“青稞種子”的征途中,每個(ge) 人都是真正的勇士。在海拔4000多米的高原工作,首先就得麵對高原反應的問題。在采訪中,不少科研人員都表示,高反是普遍存在的,而且並不會(hui) 因為(wei) 在當地工作時間很久,就能完全避開高反,隻能盡力去適應環境。

  在來到圓環陣之前,很多科研人員並沒有高原生活體(ti) 驗。由於(yu) 科研任務繁重,他們(men) 也沒法像“驢友”那樣,乘坐火車、汽車來到川西高原,再慢慢適應稻城的環境。他們(men) 一般都會(hui) 乘坐飛機來到稻城機場,再坐車到圓環陣。其間,頭昏腦漲、心跳加速都是“家常便飯”,甚至有人會(hui) 因為(wei) 高反而無法入睡。在稻城的辦公室裏,大家也必須開著供氧設備,保證室內(nei) 氧氣充足,否則很容易在大聲說話時感到強烈不適。

  不少年輕人麵對困難時,並沒有退縮之意。中國電子科技集團公司第十六研究所高級工程師馬群,目前在圓環陣主要做設備研發工作。據她介紹,在圓環陣的工作要求非常高,由於(yu) 當地晝夜溫差大,需要做很多溫控工作,尤其是在技術上,需要克服很多難題。

  在圓環陣裏實現技術進步,獲得實驗成功,靠的不是運氣。反複實驗,多次失敗,都是很常見的事情。“在實驗裏,需要不斷摸索,不斷優(you) 化參數。我們(men) 會(hui) 先在實驗室模擬現場,再去現場檢測,最終得到較好的實驗結果。”馬群說,現場的環境變化,尤其是風速、熱量等因素,在設計和實驗階段,就會(hui) 考慮在內(nei) 。

  來到圓環陣的科研人員,有的來自北京,也有的來自合肥。他們(men) 一般要在這裏至少待一個(ge) 月,進而獲得更接近自然環境的實驗結果。在此期間,他們(men) 麵對的困難,不僅(jin) 有科學研究上的,也有不少身體(ti) 和生活上的。

  中國科學院國家空間科學中心助理工程師呂旭寧,是一位參與(yu) 圓環陣科研項目的年輕女性。她今年7月研究生畢業(ye) ,雖然工作不久,但這已經是她第3次來稻城的圓環陣了。之前兩(liang) 次來,她都有強烈的高原反應,這次來稻城,才勉強有些適應。她有時需要在北京的實驗室裏工作,有時就得來稻城。

  “我在這裏的主要任務是數據分析,雖然在北京也能做實驗,但在圓環陣的現場,可以更好地與(yu) 團隊成員溝通,獲得更好的科研成果。”呂旭寧告訴中青報·中青網記者,她目前還處於(yu) “邊學邊做”的狀態,感覺這裏的科研氛圍很好,自己有時遇到技術上的難題,請教團隊裏經驗豐(feng) 富的老師後,都能解決(jue) 問題,這樣會(hui) 很有收獲。

  已有幾十位年輕人陸續來到圓環陣,堅守在科學實驗的“第一線”。對他們(men) 來說,在科研事業(ye) 與(yu) 生活習(xi) 慣產(chan) 生衝(chong) 突時,難免要有一些自我的犧牲。比如,很多人關(guan) 心的吃飯問題,就無法像在大城市裏那麽(me) “隨意”。科研團隊的午餐,一般就是“吃盒飯”,而晚餐時間則不固定,有時很晚才吃飯,需要完成當天任務才能“下山”——到稻城縣城裏吃晚餐。

  不過,並沒有人因此而半途而廢,能夠來到圓環陣的年輕人,並不隻是為(wei) 了完成一些工作任務,他們(men) 的心中還有更崇高的夢想。

  在科研團隊裏,不論是“老帶新”,還是新人之間的相互交流,都讓年輕的科學家們(men) 獲得了難得的體(ti) 驗。他們(men) 不僅(jin) 會(hui) 有科學上的開拓進取,也擁有了獨特的生命體(ti) 驗。圓環陣正在成為(wei) 我國太陽監測與(yu) 天文研究領域的重要利器,放眼未來,將會(hui) 有更多的年輕人匯聚在“千眼天珠”之地,為(wei) 國家的空間科學事業(ye) 添磚加瓦。

  9月底的稻城已經微寒,行走於(yu) 高原群山之中,更是常有冷風拂麵。然而,在圓環陣裏,年輕科研人員的生命熱量卻在不斷播散、升騰。高懸於(yu) 天的太陽,也見證著這一刻:青春的芬芳,正在313朵“向日葵”之間,翩然飄灑,四處彌漫。

(責編:陳濛濛)

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