“千眼天珠”正式建成 探秘高原“觀日者”
遠(yuǎn)眺圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡。中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 黃帥 攝
圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡(遠(yuǎn)景)。吳俊偉 攝(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心供圖)
圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡(近景)。吳俊偉 攝(中國(guó)科學(xué)院國(guó)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(jī)場(chǎng)驅(qū)車(chē)一路向南,繞過(guò)重巒疊嶂,穿過(guò)稻城縣城,便能在一片開(kāi)闊的草場(chǎng)上,看到由313個(gè)“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(xiàng)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(lái)訪(fǎng)者親臨現(xiàn)場(chǎng),則會(huì)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(xiàn),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(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“圓環(huán)陣”)。它坐落于中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心亞丁空間天氣野外科學(xué)觀測(cè)研究站,是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)”(子午工程二期)標(biāo)志性設(shè)備之一,是科學(xué)家觀測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的又一大國(guó)重器。
9月27日,圓環(huán)陣順利通過(guò)工藝測(cè)試,它將持續(xù)對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)觀測(cè),在空間天氣、射電天文等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在這里的“觀日者”們,將會(huì)不間斷地監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的信號(hào),進(jìn)而幫助我們“讀懂”太陽(yáng)。
313朵“向日葵”
圓環(huán)陣有一個(gè)生動(dòng)的別稱(chēng)——“千眼天珠”。分布在圓環(huán)上的313部拋物面天線(xiàn),仿佛313朵“向日葵”,它們一邊沐浴在溫暖的陽(yáng)光里,一邊捕捉著太陽(yáng)的信號(hào)。如果太陽(yáng)發(fā)出了什么“特別信號(hào)”,它們就能在第一時(shí)間作出反應(yīng),將相關(guān)信息上傳到監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)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(jì)劃逐步生長(zhǎng)。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(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的能力,科學(xué)觀測(cè)水平也得到了驗(yàn)證。
或許,很多人會(huì)好奇:觀測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)需要這么“費(fèi)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(gè)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?duì)于空間科學(xué)的高精尖研究來(lái)說(shuō),光靠過(guò)去的小型設(shè)備與微型實(shí)驗(yàn),已無(wú)法滿(mǎn)足需要了。可以說(shuō),“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(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的重要性是不容小覷的。在多數(shù)情況下,太陽(yáng)的光與熱都在為地球上的生命提供著基本的能量,但太陽(yáng)活動(dòng)存在一定的不確定性,一旦太陽(yáng)活動(dòng)過(guò)于劇烈,如突然產(chǎn)生的太陽(yáng)風(fēng)暴,就會(huì)干擾人類(lèi)的通訊活動(dòng)。更為劇烈的太陽(yáng)活動(dòng),如強(qiáng)烈的太陽(yáng)爆發(fā),可以產(chǎn)生如同100億顆百萬(wàn)噸級(jí)核彈爆炸時(shí)的能量,對(duì)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(jī)乘客的生命與健康。因此,如果人類(lèi)能夠及時(shí)捕捉太陽(yáng)活動(dòng)的信息,就可以做好預(yù)警工作,盡量減少太陽(yáng)活動(dòng)的危險(xiǎn)性。
圓環(huán)陣就在幫助人類(lèi)解決這一問(wèn)題。正如中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員、圓環(huán)陣項(xiàng)目負(fù)責(zé)人閻敬業(yè)所說(shuō),“每天盯著太陽(yáng)看,看它什么時(shí)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(guó)科研人員自主研制的,采用了獨(dú)特的圓環(huán)陣列構(gòu)型和原創(chuàng)的單通道多環(huán)絕對(duì)相位定標(biāo)技術(shù)。它從誕生的那一刻起,就與我國(guó)的太陽(yáng)觀測(cè)與天文研究事業(yè)緊密綁在一起。
來(lái)之不易的“觀日神器”
做好太陽(yáng)監(jiān)測(cè)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(bào)·中青網(wǎng)記者,在緯度比較低的地方,觀測(cè)太陽(yáng)的性能更好。而且,觀測(cè)地點(diǎn)需要在山區(qū)選擇一大塊相對(duì)平整的土地,遮擋外界的電磁干擾,類(lèi)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(shì)條件。
“千眼天珠”建成圓環(huán)形狀的原因,也經(jīng)過(guò)了科學(xué)上的縝密考慮。閻敬業(yè)說(shuō):“圓環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間采樣時(shí)損失的信息量較少,而且圓環(huán)結(jié)構(gòu)可以實(shí)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(bào),可以讓預(yù)報(bào)更加精準(zhǔn)。甚至,在建設(shè)圓環(huán)陣的時(shí)候,設(shè)計(jì)者還考慮到,將來(lái)可以通過(guò)圓環(huán)陣帶動(dòng)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(duì)圓環(huán)陣頗為好奇,“這是什么神秘基地?”“好家伙,又是一大國(guó)重器”……
來(lái)到現(xiàn)場(chǎng),或許神秘感會(huì)有所減弱,但敬佩之心,會(huì)愈發(fā)強(qiáng)烈。對(duì)圓環(huán)陣了解越多,就會(huì)越佩服它的設(shè)計(jì)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(qiáng)度的監(jiān)測(cè)活動(dòng),也離不開(kāi)工作人員的日常維護(hù)。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心副研究員、圓環(huán)陣項(xiàng)目副主任設(shè)計(jì)師武林,深度參與了圓環(huán)陣的建設(shè)和科研活動(dòng),說(shuō)起它的性能時(shí),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(huì)影響其質(zhì)量與監(jiān)測(cè)效果。不過(guò),如果風(fēng)力過(guò)大,可能會(huì)影響監(jiān)測(cè)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(qiáng)。”武林說(shuō),對(duì)于圓環(huán)陣的日常維修是必要的,拋物面天線(xiàn)有313部,如果哪個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障,都會(huì)得到及時(shí)的檢修。
目前圓環(huán)陣不僅已有高質(zhì)量監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)的能力,也初步驗(yàn)證了脈沖星成像等射電天文觀測(cè)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(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)高分辨率射電高光譜成像功能,在太陽(yáng)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(cè)數(shù)據(jù)。
取得這些成績(jī)的背后,是大量科研人員長(zhǎng)期的堅(jiān)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(gè)動(dòng)人的傳說(shuō)。據(jù)當(dāng)?shù)夭刈逋诙鄠?,在遠(yuǎn)古時(shí)代,有一位勇敢的王子,為了解決百姓的吃飯問(wèn)題,便帶領(lǐng)幾十個(gè)勇士去蛇王那里討要青稞種子。然而,這一路上充滿(mǎn)了艱難險(xiǎn)阻,翻過(guò)九十九座山,蹚過(guò)九十九條河,其他人要么離開(kāi)了隊(duì)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(lái)了幾十位勇士。他們克服重重困難,長(zhǎng)期堅(jiān)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(gè)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(duì)高原反應(yīng)的問(wèn)題。在采訪(fǎng)中,不少科研人員都表示,高反是普遍存在的,而且并不會(huì)因?yàn)樵诋?dāng)?shù)毓ぷ鲿r(shí)間很久,就能完全避開(kāi)高反,只能盡力去適應(yīng)環(huán)境。
在來(lái)到圓環(huán)陣之前,很多科研人員并沒(méi)有高原生活體驗(yàn)。由于科研任務(wù)繁重,他們也沒(méi)法像“驢友”那樣,乘坐火車(chē)、汽車(chē)來(lái)到川西高原,再慢慢適應(yīng)稻城的環(huán)境。他們一般都會(huì)乘坐飛機(jī)來(lái)到稻城機(jī)場(chǎng),再坐車(chē)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(huì)因?yàn)楦叻炊鵁o(wú)法入睡。在稻城的辦公室里,大家也必須開(kāi)著供氧設(shè)備,保證室內(nèi)氧氣充足,否則很容易在大聲說(shuō)話(huà)時(shí)感到強(qiáng)烈不適。
不少年輕人面對(duì)困難時(shí),并沒(méi)有退縮之意。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所高級(jí)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)貢円箿夭畲螅枰龊芏鄿乜毓ぷ?,尤其是在技術(shù)上,需要克服很多難題。
在圓環(huán)陣?yán)飳?shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步,獲得實(shí)驗(yàn)成功,靠的不是運(yùn)氣。反復(fù)實(shí)驗(yàn),多次失敗,都是很常見(jiàn)的事情?!霸趯?shí)驗(yàn)里,需要不斷摸索,不斷優(yōu)化參數(shù)。我們會(huì)先在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng),再去現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),最終得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。”馬群說(shuō),現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境變化,尤其是風(fēng)速、熱量等因素,在設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)階段,就會(huì)考慮在內(nèi)。
來(lái)到圓環(huán)陣的科研人員,有的來(lái)自北京,也有的來(lái)自合肥。他們一般要在這里至少待一個(gè)月,進(jìn)而獲得更接近自然環(huán)境的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在此期間,他們面對(duì)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(guó)科學(xué)院國(guó)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(xiàng)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(lái)稻城的圓環(huán)陣了。之前兩次來(lái),她都有強(qiáng)烈的高原反應(yīng),這次來(lái)稻城,才勉強(qiáng)有些適應(yīng)。她有時(shí)需要在北京的實(shí)驗(yàn)室里工作,有時(shí)就得來(lái)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(shí)驗(yàn),但在圓環(huán)陣的現(xiàn)場(chǎng),可以更好地與團(tuán)隊(duì)成員溝通,獲得更好的科研成果。”呂旭寧告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者,她目前還處于“邊學(xué)邊做”的狀態(tài),感覺(jué)這里的科研氛圍很好,自己有時(shí)遇到技術(shù)上的難題,請(qǐng)教團(tuán)隊(duì)里經(jīng)驗(yàn)豐富的老師后,都能解決問(wèn)題,這樣會(huì)很有收獲。
已有幾十位年輕人陸續(xù)來(lái)到圓環(huán)陣,堅(jiān)守在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的“第一線(xiàn)”。對(duì)他們來(lái)說(shuō),在科研事業(yè)與生活習(xí)慣產(chǎn)生沖突時(shí),難免要有一些自我的犧牲。比如,很多人關(guān)心的吃飯問(wèn)題,就無(wú)法像在大城市里那么“隨意”??蒲袌F(tuán)隊(duì)的午餐,一般就是“吃盒飯”,而晚餐時(shí)間則不固定,有時(shí)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(guò),并沒(méi)有人因此而半途而廢,能夠來(lái)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(mèng)想。
在科研團(tuán)隊(duì)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(yàn)。他們不僅會(huì)有科學(xué)上的開(kāi)拓進(jìn)取,也擁有了獨(dú)特的生命體驗(yàn)。圓環(huán)陣正在成為我國(guó)太陽(yáng)監(jiān)測(cè)與天文研究領(lǐng)域的重要利器,放眼未來(lái),將會(huì)有更多的年輕人匯聚在“千眼天珠”之地,為國(guó)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(yáng),也見(jiàn)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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