“千眼天珠”正式建成 探秘高原“觀日者”
遠(yuǎn)眺圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。中青報·中青網(wǎng)記者 黃帥 攝
圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡(遠(yuǎn)景)。吳俊偉 攝(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖)
圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡(近景)。吳俊偉 攝(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖)
從“全球海拔最高”的四川稻城亞丁民用機場驅(qū)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“大鍋蓋”圍成的巨大圓圈。
若從電子地圖上看,它像一串銀白色的項鏈,靜靜地掛在山巒之間,它又仿佛與山川融為一體,頗有神秘氣息。當(dāng)來訪者親臨現(xiàn)場,則會被這宏大的景象震撼——在方圓1平方公里的土地上,313部直徑6米的拋物面天線,一同朝向圓環(huán)中心的百米定標(biāo)塔。
這便是圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡(以下簡稱“圓環(huán)陣”)。它坐落于中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心亞丁空間天氣野外科學(xué)觀測研究站,是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)”(子午工程二期)標(biāo)志性設(shè)備之一,是科學(xué)家觀測太陽活動的又一大國重器。
9月27日,圓環(huán)陣順利通過工藝測試,它將持續(xù)對太陽活動進(jìn)行科學(xué)觀測,在空間天氣、射電天文等多個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在這里的“觀日者”們,將會不間斷地監(jiān)測太陽活動的信號,進(jìn)而幫助我們“讀懂”太陽。
313朵“向日葵”
圓環(huán)陣有一個生動的別稱——“千眼天珠”。分布在圓環(huán)上的313部拋物面天線,仿佛313朵“向日葵”,它們一邊沐浴在溫暖的陽光里,一邊捕捉著太陽的信號。如果太陽發(fā)出了什么“特別信號”,它們就能在第一時間作出反應(yīng),將相關(guān)信息上傳到監(jiān)測團隊手里。
這313朵“向日葵”,早在多年前就已經(jīng)植入土地,并跟隨建設(shè)計劃逐步生長。2022年11月13日,圓環(huán)陣設(shè)備主體工程完工,正式進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段。今年7月,圓環(huán)陣的“向日葵”基本成熟了,它們已經(jīng)具備連續(xù)監(jiān)測太陽活動的能力,科學(xué)觀測水平也得到了驗證。
或許,很多人會好奇:觀測太陽活動需要這么“費力氣”嗎?非要建成“千眼天珠”這樣大型的設(shè)施才行嗎?如果人們用一個高倍天文望遠(yuǎn)鏡去觀察日月星辰,當(dāng)然也能“一飽眼?!薄5珜τ诳臻g科學(xué)的高精尖研究來說,光靠過去的小型設(shè)備與微型實驗,已無法滿足需要了。可以說,“千眼天珠”是隨著天文研究事業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的“利器”。
監(jiān)測太陽活動的重要性是不容小覷的。在多數(shù)情況下,太陽的光與熱都在為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,一旦太陽活動過于劇烈,如突然產(chǎn)生的太陽風(fēng)暴,就會干擾人類的通訊活動。更為劇烈的太陽活動,如強烈的太陽爆發(fā),可以產(chǎn)生如同100億顆百萬噸級核彈爆炸時的能量,對空間的衛(wèi)星和地面的輸電網(wǎng)絡(luò)等高技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性影響,還可能危害航天員和飛機乘客的生命與健康。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(yù)警工作,盡量減少太陽活動的危險性。
圓環(huán)陣就在幫助人類解決這一問題。正如中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員、圓環(huán)陣項目負(fù)責(zé)人閻敬業(yè)所說,“每天盯著太陽看,看它什么時候‘打噴嚏’”。
圓環(huán)陣的技術(shù)水平,目前處于世界前列。值得一提的是,圓環(huán)陣是我國科研人員自主研制的,采用了獨特的圓環(huán)陣列構(gòu)型和原創(chuàng)的單通道多環(huán)絕對相位定標(biāo)技術(shù)。它從誕生的那一刻起,就與我國的太陽觀測與天文研究事業(yè)緊密綁在一起。
來之不易的“觀日神器”
做好太陽監(jiān)測的準(zhǔn)備工作并不容易,“千眼天珠”能夠誕生于稻城的高原之上,存在多方面的因素。閻敬業(yè)告訴中青報·中青網(wǎng)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(qū)選擇一大塊相對平整的土地,遮擋外界的電磁干擾,類似在群山之中的盆地。圓環(huán)陣所處的位置,就符合這些優(yōu)勢條件。
“千眼天珠”建成圓環(huán)形狀的原因,也經(jīng)過了科學(xué)上的縝密考慮。閻敬業(yè)說:“圓環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間采樣時損失的信息量較少,而且圓環(huán)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)噪聲更小的目標(biāo)?!?/p>
圓環(huán)陣還能用于空間天氣預(yù)報,可以讓預(yù)報更加精準(zhǔn)。甚至,在建設(shè)圓環(huán)陣的時候,設(shè)計者還考慮到,將來可以通過圓環(huán)陣帶動稻城縣的文旅事業(yè)發(fā)展。
不論是圓環(huán)陣的神秘外形,還是它的奇妙功能,都能讓不少游客產(chǎn)生濃烈興趣。在一些視頻網(wǎng)站上,就有年輕網(wǎng)友對圓環(huán)陣頗為好奇,“這是什么神秘基地?”“好家伙,又是一大國重器”……
來到現(xiàn)場,或許神秘感會有所減弱,但敬佩之心,會愈發(fā)強烈。對圓環(huán)陣了解越多,就會越佩服它的設(shè)計者、建設(shè)者和維護(hù)者。尤其是在圓環(huán)陣建成之后,要保持高強度的監(jiān)測活動,也離不開工作人員的日常維護(hù)。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心副研究員、圓環(huán)陣項目副主任設(shè)計師武林,深度參與了圓環(huán)陣的建設(shè)和科研活動,說起它的性能時,也是頗為自豪。據(jù)他介紹,雖然圓環(huán)陣地處高原,氣候惡劣,但一般的雨雪天氣并不會影響其質(zhì)量與監(jiān)測效果。不過,如果風(fēng)力過大,可能會影響監(jiān)測效果。
“我們一直努力在進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),讓設(shè)備的性能更強?!蔽淞终f,對于圓環(huán)陣的日常維修是必要的,拋物面天線有313部,如果哪個設(shè)備出現(xiàn)故障,都會得到及時的檢修。
目前圓環(huán)陣不僅已有高質(zhì)量監(jiān)測太陽活動的能力,也初步驗證了脈沖星成像等射電天文觀測能力。而且,圓環(huán)陣有效地解決了626條鏈路的幅度和相位一致性問題,實現(xiàn)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(zhì)量的自主監(jiān)測數(shù)據(jù)。
取得這些成績的背后,是大量科研人員長期的堅守、努力與奉獻(xiàn)。在氧氣匱乏的高原之上,勇敢的人才能看到更壯麗的山河風(fēng)光。
圓環(huán)陣的勇士們,正在這條尋“美”之路上剛毅前行。
播下科學(xué)的“青稞種子”
在稻城,流傳著一個動人的傳說。據(jù)當(dāng)?shù)夭刈逋诙鄠?,在遠(yuǎn)古時代,有一位勇敢的王子,為了解決百姓的吃飯問題,便帶領(lǐng)幾十個勇士去蛇王那里討要青稞種子。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,其他人要么離開了隊伍,要么在半途犧牲了,最后只有王子成功拿到了青稞種子,當(dāng)?shù)匕傩赵僖膊挥萌甜嚢ゐI了。
如今的稻城也迎來了幾十位勇士。他們克服重重困難,長期堅守在圓環(huán)陣的建設(shè)基地。在尋找“青稞種子”的征途中,每個人都是真正的勇士。在海拔4000多米的高原工作,首先就得面對高原反應(yīng)的問題。在采訪中,不少科研人員都表示,高反是普遍存在的,而且并不會因為在當(dāng)?shù)毓ぷ鲿r間很久,就能完全避開高反,只能盡力去適應(yīng)環(huán)境。
在來到圓環(huán)陣之前,很多科研人員并沒有高原生活體驗。由于科研任務(wù)繁重,他們也沒法像“驢友”那樣,乘坐火車、汽車來到川西高原,再慢慢適應(yīng)稻城的環(huán)境。他們一般都會乘坐飛機來到稻城機場,再坐車到圓環(huán)陣。其間,頭昏腦漲、心跳加速都是“家常便飯”,甚至有人會因為高反而無法入睡。在稻城的辦公室里,大家也必須開著供氧設(shè)備,保證室內(nèi)氧氣充足,否則很容易在大聲說話時感到強烈不適。
不少年輕人面對困難時,并沒有退縮之意。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(huán)陣主要做設(shè)備研發(fā)工作。據(jù)她介紹,在圓環(huán)陣的工作要求非常高,由于當(dāng)?shù)貢円箿夭畲?,需要做很多溫控工作,尤其是在技術(shù)上,需要克服很多難題。
在圓環(huán)陣?yán)飳崿F(xiàn)技術(shù)進(jìn)步,獲得實驗成功,靠的不是運氣。反復(fù)實驗,多次失敗,都是很常見的事情?!霸趯嶒灷铮枰粩嗝?,不斷優(yōu)化參數(shù)。我們會先在實驗室模擬現(xiàn)場,再去現(xiàn)場檢測,最終得到較好的實驗結(jié)果?!瘪R群說,現(xiàn)場的環(huán)境變化,尤其是風(fēng)速、熱量等因素,在設(shè)計和實驗階段,就會考慮在內(nèi)。
來到圓環(huán)陣的科研人員,有的來自北京,也有的來自合肥。他們一般要在這里至少待一個月,進(jìn)而獲得更接近自然環(huán)境的實驗結(jié)果。在此期間,他們面對的困難,不僅有科學(xué)研究上的,也有不少身體和生活上的。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心助理工程師呂旭寧,是一位參與圓環(huán)陣科研項目的年輕女性。她今年7月研究生畢業(yè),雖然工作不久,但這已經(jīng)是她第3次來稻城的圓環(huán)陣了。之前兩次來,她都有強烈的高原反應(yīng),這次來稻城,才勉強有些適應(yīng)。她有時需要在北京的實驗室里工作,有時就得來稻城。
“我在這里的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)分析,雖然在北京也能做實驗,但在圓環(huán)陣的現(xiàn)場,可以更好地與團隊成員溝通,獲得更好的科研成果。”呂旭寧告訴中青報·中青網(wǎng)記者,她目前還處于“邊學(xué)邊做”的狀態(tài),感覺這里的科研氛圍很好,自己有時遇到技術(shù)上的難題,請教團隊里經(jīng)驗豐富的老師后,都能解決問題,這樣會很有收獲。
已有幾十位年輕人陸續(xù)來到圓環(huán)陣,堅守在科學(xué)實驗的“第一線”。對他們來說,在科研事業(yè)與生活習(xí)慣產(chǎn)生沖突時,難免要有一些自我的犧牲。比如,很多人關(guān)心的吃飯問題,就無法像在大城市里那么“隨意”??蒲袌F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(dāng)天任務(wù)才能“下山”——到稻城縣城里吃晚餐。
不過,并沒有人因此而半途而廢,能夠來到圓環(huán)陣的年輕人,并不只是為了完成一些工作任務(wù),他們的心中還有更崇高的夢想。
在科研團隊里,不論是“老帶新”,還是新人之間的相互交流,都讓年輕的科學(xué)家們獲得了難得的體驗。他們不僅會有科學(xué)上的開拓進(jìn)取,也擁有了獨特的生命體驗。圓環(huán)陣正在成為我國太陽監(jiān)測與天文研究領(lǐng)域的重要利器,放眼未來,將會有更多的年輕人匯聚在“千眼天珠”之地,為國家的空間科學(xué)事業(yè)添磚加瓦。
9月底的稻城已經(jīng)微寒,行走于高原群山之中,更是常有冷風(fēng)拂面。然而,在圓環(huán)陣?yán)?,年輕科研人員的生命熱量卻在不斷播散、升騰。高懸于天的太陽,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。
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