絲綢之路上的“追光者”：凝聚中國天文的“新疆力量”

由中國科學院新疆天文臺南山觀測站1米大視場光學天文望遠鏡拍攝的馬頭星云，距離地球約1500光年，是獵戶座分子云團的一部分。新疆天文臺供圖

2023年3月7日，一則消息沖上熱搜：中國科學院新疆天文臺南山觀測站1米大視場光學望遠鏡（NOWT），首次發(fā)現(xiàn)一顆近地小行星。這個約兩個足球場大小的星體，在距離地球3000萬千米外圍繞太陽公轉，不會對地球產(chǎn)生威脅。

如此遠的距離，如此小的星體，怎樣在浩渺宇宙中被發(fā)現(xiàn)？為何是在新疆發(fā)現(xiàn)它？帶著一連串問號，記者來到新疆天文臺南山觀測站進行蹲點式調研，探尋在新疆區(qū)域進行天文觀測的得天底蘊和獨厚優(yōu)勢。

采訪中記者發(fā)現(xiàn)，這顆近地小行星現(xiàn)身于人類視野，只是新疆探索星河諸多成果的冰山一角。當下新疆在天文領域發(fā)生的故事，將對中國天文研究產(chǎn)生重要的影響。

2023年4月16日夜，月華灑落在東天山一處環(huán)形山地中央，這里正在建設世界最大的110米口徑全向可動射電望遠鏡。它的觀測深度將擴展至宇宙極深處，成為地球文明面向浩瀚星空的前哨站。

大國重器因何落戶新疆？在中國現(xiàn)代天文布局中，新疆承擔著什么角色？

所有故事，要從一場極遠的旅行說起。

中國科學院新疆天文臺南山觀測站，26米口徑射電望遠鏡正在工作狀態(tài)。石榴云/新疆日報記者王昕攝

天文研究的新疆“追光者”

我們仰望星空，實際是在凝視過去。

1.5億年前，茂密濕潤的叢林中，碩大的蛋突然出現(xiàn)裂紋，一只小劍龍破殼了。同一秒，宇宙深處，直徑達20萬光年的旋渦星系ESO 269-57核心發(fā)射出一股超強無線電波，以近乎光速向太陽系激射而來。

當這股無線電波經(jīng)過橢圓星系半人馬座A時，地球上恐龍時代已經(jīng)結束，哺乳動物繁盛起來，獸行大地，鳥掠長空；繼續(xù)飛馳，它將行星狀星云NGC 3918拋在身后，地球上，人類成為統(tǒng)治力量，并向國家文明時代邁進；電光石火間，無線電波告別十字架二雙星，艾薩克·牛頓成為英國皇家學會會長。

緊接著，它行經(jīng)比鄰星，這時人類拍下首張黑洞照片；然后它越過太陽，8分鐘后，公元2023年4月16日12時23分49秒，撞擊在中國科學院新疆天文臺南山觀測站26米口徑射電望遠鏡的面板上。

那只已成化石的劍龍正靜靜躺在奇臺恐龍溝內，1.5億年前的“同齡者”紛紛到達，“粒子雨”滂沱而下，落入劍龍身邊的土地。不遠處，即將矗立起人類迄今為止最大口徑的全向可動射電望遠鏡。

在這超強無線電波穿行宇宙的絕大多數(shù)時間內，人類這一物種尚未出現(xiàn)。而現(xiàn)在，人類已經(jīng)開啟了探索宇宙奧秘的征程?！坝钪婧蜕窃趺串a(chǎn)生的？地球作為一個普通的行星，在宇宙中處于什么樣的狀態(tài)？”新疆天文臺臺長王娜道出了天文學研究的一系列終極問題。

天文學看似和普通人沒有什么關系，事實上這一領域會誕生很多意想不到的成果?！癢IFI、GPS都是天文學研究的副產(chǎn)品。”新疆天文臺科學傳播中心副主任宋華剛介紹。

這是一個離公眾很遠，又離公眾很近的領域。

更重要的是，包括天文學在內的基礎研究，是所有技術發(fā)明的源頭。王娜舉例，近年天文學最大發(fā)現(xiàn)之一“引力波”，是對一百多年前愛因斯坦相關理論的驗證。天文學研究也許很多年后才可能會有應用，但如果不做，一旦形成差距，絕非輕易可以彌補。

新疆正是這場馬拉松的重要賽場。1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類第一顆人造衛(wèi)星。同年，作為中國首批12個人造衛(wèi)星光學觀測站之一，烏魯木齊人造衛(wèi)星觀測站成立。自那時起，這片土地對星空的仰望便再沒停止。1987年，烏魯木齊人造衛(wèi)星觀測站升級為中國科學院烏魯木齊天文站，2011年又進一步升格為中國科學院新疆天文臺?！坝^測站只提供數(shù)據(jù)，天文臺則能開展天文學前沿研究，這是質的變化?！蓖跄日f。

幾十年來，隨著我國國力的持續(xù)增強，新疆天文研究的深度廣度不斷拓展——從最早的近地軌道觀測，到太陽觀測，再到如今具備射電、光學等現(xiàn)代天文學主要學科的全面研究能力。中科院新疆天文臺已發(fā)展成為中國現(xiàn)代天文布局中的主要力量、國際合作研究網(wǎng)絡中的重要單元、天文事業(yè)在西部發(fā)展的支撐基地以及國家空天任務聯(lián)測網(wǎng)的關鍵節(jié)點，成為國內五大、西北唯一的綜合性天文臺。

而一代又一代“追光者”們，心中浪漫從未消散。

2006年，王娜帶隊在南天山勘測新的天文觀測臺址。一天傍晚，天空暗淡下來，周邊只有山。汽車在山路上緩緩而行，拐了個彎，一輪明月突然撲面而來。“我永遠無法忘記那個場景?！蓖跄日f，“沒有人類活動痕跡時，你看到的地球就是一個自然天體，對著天上這一輪明月，就像地球帶著我們在宇宙里航行！”

大國重器背后的新疆身影

在天文觀測基地采訪天文學家，是種很玄妙的體驗。記者發(fā)現(xiàn)很多科幻作品中的設想未必是科幻，而是國家層面的嚴肅行為。

銀河系中心附近方向上，一個致密天體正在高速旋轉，一茶匙大小物質的重量，就堪比珠穆朗瑪峰。它是一顆直徑20千米的脈沖星，在以百億光年尺度衡量的已知宇宙里，“滄海一粟”都完全不足以形容其微小。

但這顆名字為J1717-3452的脈沖星被“捕捉”到了。當它隱身宇宙時，南山觀測站26米口徑射電望遠鏡，正接收著J1717-3452自8萬年前發(fā)出的脈沖輻射。

相當長時間內，南山觀測站是中國開展脈沖星實測數(shù)據(jù)的唯一觀測基地，累計觀測脈沖星300多顆，至今依然是中國脈沖星研究的高地。

“為什么要研究脈沖星？”記者問。

“它是宇宙中極端物理的天然實驗室?！毙陆煳呐_脈沖星團組副組長閆文明說，很多地球上無法具備的極端物理條件，脈沖星恰恰具備。比如由于大質量和小半徑，脈沖星引力場非常強，使它成為強引力場研究的天然實驗室。其超強磁場也為人類研究磁層粒子加速機制、高能輻射、射電輻射過程提供了理想場所。由于具備超穩(wěn)定自轉周期，還可以將脈沖星當做極高精度的鐘，建立起我國的自主時空體系。而高精度計時，在高精尖領域有著廣泛應用。

“同時脈沖星非常像星海中的燈塔，在深空自主導航領域意義深遠。”“您是在說星際航行嗎？”“對，假如有一天人類要像電影《流浪地球》里一樣離開太陽系，能依托脈沖星建立可靠的導航系統(tǒng)?！毙陆煳呐_科技處處長韓偉平靜的語氣顯示他沒開玩笑，他的博士論文正是關于脈沖星深空導航。

大約2300年前，屈原仰首發(fā)問：天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？而今，人類正在逐漸揭示答案?！盎A研究是對整個人類知識體系的改變，從而促進整體人類文明的進步。這很難，我們對宇宙的了解還非常少?！蓖跄日f，“但人要看得長遠些。如果只看眼前或自己，很多時候遇到困難就不太容易堅持?！?/p>

新疆始終在堅持。事實上，中國諸多科學前沿領域，都有新疆天文臺的身影。

3月28日2時49分47秒，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”悄然劃過天宇，綠色激光從2000千米外射向新疆天文臺南山量子通信實驗地面站，后者是中國天地一體化量子科學實驗系統(tǒng)的重要組成部分。

不僅如此，新疆天文臺先后承擔了探月工程嫦娥一號到五號、火星探測天問一號在軌飛行器的軌道測量任務。王娜領導的南山探月工程團隊多次獲得國家有關部委表彰，并榮獲第18屆“新疆青年五四獎章集體”。新疆天文臺下屬喀什觀測站服務于中國二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是轉發(fā)式實驗系統(tǒng)測定軌分系統(tǒng)在中國西部的唯一觀測站，也是分系統(tǒng)內觀測配置最為全面的站點，如今為北斗系統(tǒng)相關試驗提供支持和保障。

而目前國內射電和光學綜合觀測條件最好的南山觀測站，多年積累的理論和技術正為另兩項宏大工程提供支撐。2016年，慕士塔格峰光學/紅外大型射電望遠鏡觀測臺址的選定，為我國光學天文發(fā)展帶來重要機遇。2022年，110米口徑的奇臺射電望遠鏡（QTT）項目開工建設，被世界頂級科學期刊《自然》評為當年全球最值得關注的重要科學事件之一。兩項工程都自南山觀測站起步。正是在這里，蘊藏著大國重器落戶新疆的秘密。

坐擁世界級天文觀測優(yōu)勢

傍晚坐在南山觀測站的草坪上，看著26米口徑射電望遠鏡的接收機天線頂端指向蒼穹，落日熔金，群山靜默，只有巨大天線轉動時穩(wěn)定的低鳴聲，很容易讓人想起小說《三體》中紅岸基地的場景。

南山觀測站站長崔朗指了指屏幕上一條波形圖像，打趣說：“都說我們仰望星空，但絕大部分時間其實是低頭看屏幕。人類技術的發(fā)展早已推動天文觀測超越了戶外看天的范疇?！?/p>

南山26米口徑射電望遠鏡是國際VLBI（甚長基線干涉測量技術）聯(lián)測的重要節(jié)點。崔朗解釋，甚長基線干涉測量就是在不同地點同時使用多架望遠鏡對同一目標進行觀測。望遠鏡間的距離就相當于望遠鏡口徑。假設兩個望遠鏡間距為5000千米，就相當于一臺直徑5000千米巨型望遠鏡的分辨本領?！翱梢詮牡孛婵辞宸旁谠虑虮砻娴囊粋€橘子?！彼f。

光學天文則是另一番場景。3月28日凌晨3時，新疆天文臺光學研究室副主任白春海裹著厚大衣，深一腳淺一腳來到南山觀測站光學區(qū)望遠鏡陣列里，調試一臺43厘米口徑的新設備。輕微電機聲中，月白色保護蓋開啟，星光入鏡。

70公里外，烏魯木齊市的燈光將天空映紅。光學觀測需要暗環(huán)境，射電望遠鏡則要避免無線電干擾。隨著南山周邊經(jīng)濟社會發(fā)展，兩方面問題都在加劇?！凹幢闳绱耍仙秸镜挠^測實驗條件相對全國依然非常好?！卑状汉Ｕf。

正是基于優(yōu)越的觀測條件，以南山觀測站為支撐，新疆天文臺在脈沖星、恒星形成與演化、星系宇宙學、高能天體物理、天體化學演化、粒子天體物理、空間目標與碎片、衛(wèi)星導航等方面的理論與實測研究，以及微波接收機、射電望遠鏡結構與控制、數(shù)字信號處理等方面的技術設備與研發(fā)，都取得了國內頂尖的成果，更產(chǎn)生了深遠的國際影響。

倘若評選世界上對工作地點要求最苛刻的學科，天文學絕對是強有力的競爭者之一。很少有人知道，擁有166萬平方公里廣袤面積的新疆，坐享世界級的天文觀測條件?！疤煳挠^測要在干燥、凈空環(huán)境好、人類活動少的地方，新疆地域遼闊，地貌多樣，有很大的選擇空間。”新疆天文臺黨委副書記、正高級工程師馬路說，“晴天數(shù)條件占優(yōu)等因素，讓同樣的望遠鏡，放在西部效率就要高很多?！?/p>

絕佳的凈空環(huán)境是新疆支持基礎研究、發(fā)展科技事業(yè)的特殊戰(zhàn)略資源。海拔4500米處的慕士塔格光學天文觀測臺址，視寧度、水汽等指標媲美世界一流觀測臺址。這里正在建設1.93米光學望遠鏡、月閃等諸多項目。1.93米光學望遠鏡是國內目前第三大口徑的通用型光學望遠鏡。慕士塔格觀測站優(yōu)越的光學觀測條件，將使望遠鏡設計性能得到充分發(fā)揮，并為未來更大口徑的光學望遠鏡建設打下堅實的臺址基礎。

而QTT項目早已成為整個國際天文界的關注焦點。它的觀測范圍從米波到毫米波波段，大大提升了觀測的深度廣度，使人類不僅可以對單個星體進行更加全面深入的研究，還能捕捉來自更遙遠宇宙空間和更隱蔽宇宙物質的海量信息。

“除了觀測條件好，還有什么原因讓這項大科學基礎工程落戶新疆呢？”記者問。

王娜從辦公桌前探起身，將手機遞了過來，于是一目了然。在一張全球大型天文設施分布圖上，東亞和西歐都有諸多點位，只有亞歐大陸腹地一片空白?！疤煳膶W研究是太平盛世才能做的事，與國力密切相關?！蓖跄日f，在全球天文觀測網(wǎng)絡中，亞歐大陸腹地是非常重要的支撐點。就這一區(qū)域國家和地區(qū)的綜合情況而言，只有中國有能力填補這片空白。同時，QTT項目落戶新疆，也完成了我國天文觀測網(wǎng)絡的布局，支撐了中國天文向西部的發(fā)展，從而更有效地服務“一帶一路”建設。

然而，這件國之重器的誕生，充滿曲折。

中國科學院新疆天文臺南山觀測站，大家正分析26米口徑射電望遠鏡的反饋數(shù)據(jù)。石榴云/新疆日報記者王昕攝

天文“絲綢之路”的重鎮(zhèn)

為充分發(fā)揮新疆得天獨厚的天文觀測優(yōu)勢，早在2006年，王娜就開始和同事在天山南北尋找理想的大型射電天文觀測臺址。2010年，從40多個地點中篩選出奇臺區(qū)域。“首批進入的人歡呼雀躍，完全抑制不住興奮，都在那里跳呀叫啊。”王娜說。

群山環(huán)繞四周，完全屏蔽了外界無線電干擾，中間地勢開闊，天氣晴朗，氣流穩(wěn)定。完美，就是這里了！

2010年，中國科學院決定在奇臺建設全球口徑最大的110米口徑全向可動射電望遠鏡，由新疆天文臺牽頭研制。

2011年，王娜向自治區(qū)提交了項目申請報告，但心懷忐忑?！白鳛榛A研究的天文學并不會對當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展有立竿見影的效果，而且那片地方環(huán)境非常優(yōu)美，完全可以發(fā)展旅游?！蓖跄日f。

自治區(qū)領導仔細了解QTT項目內容后，說了一句話：“那就把新疆最好的地方給你們天文學家！”

大局已定，但無窮困難亦紛至沓來。

首當其沖的是對新疆天文臺建設能力的質疑。質疑者都是國內天文學專家，理由也并非空穴來風。不同于固定在地面的“中國天眼”，QTT項目天線被設計為全向可動，以實現(xiàn)最大探索范圍。記者以最直觀的方式感受了QTT項目的建設難度。站在南山26米口徑射電望遠鏡腳下，人就像樹下的松鼠，巨大的壓迫感撲面而來。而QTT項目光天線直徑就要比前者大4倍多，高40層樓，重6000噸，還要能四面八方自由轉動。要建成這樣一個龐然大物，并讓其在之后數(shù)十年內順利運行，難度可想而知。

不僅如此，建造這面地球上最大的全向可動射電望遠鏡，對建造工藝和材料的要求，遠遠超出了當時國內工業(yè)界的能力，在世界天文射電望遠鏡建設史上也無先例可循。漫長時間里，QTT項目經(jīng)歷了史上最嚴苛的論證。無數(shù)次反復，千萬個細節(jié)的推敲，數(shù)不清的失敗，都足以讓人崩潰。

但王娜沒有。這位目光沉靜、語言精練的女科學家，以讓全臺人欽佩的鋼鐵意志，推動QTT項目一步步向前發(fā)展。其實早在QTT項目之前，王娜就已因脈沖星領域的卓越成就蜚聲國際天文界?！坝钪鏌o限，從我個體講，有無數(shù)事情可以做?！蓖跄日f，“但我們選擇的是在新疆發(fā)展建設科研平臺，新疆不僅有壯闊的風景，肥美的牛羊，更有人類探索星空的最先進設施和豐碩成果，是天文‘絲綢之路’的重鎮(zhèn)。我們希望通過天文領域的建設來推動新疆發(fā)展。QTT項目雖難，但如果你不起步，就永遠做不到。不能退！”

“不能退的另一個原因，是自治區(qū)黨委和政府一直非常支持我們?！蓖跄雀嬖V記者，2011年至今，新疆在資金、建設施工、手續(xù)審批、附屬配套等諸多環(huán)節(jié)都給了QTT項目堅定支持，與中國科學院一起，成為推進項目的關鍵力量。

12年來，QTT項目如火焰照耀著年輕人的理想。新疆天文臺160名員工，近一半都參與了QTT項目建設，其中很多人都是博士畢業(yè)后沖著該項目來的?！澳贻p人懷揣夢想而來，我不能讓他們的夢想破滅了吧？得和他們一起堅持把項目搞成！”王娜仿佛在自問自答，隨即言語中透露著自豪，“十多年了，我們科研團隊的核心成員從未放棄！”

2022年9月21日，人類歷史上口徑最大的全向可動射電望遠鏡項目，在中國新疆奠基！

由中國科學院新疆天文臺南山觀測站1米大視場光學望遠鏡拍攝的獵戶座大星云，像一只展翅飛翔的火鳥，又稱“火鳥星云”。新疆天文臺供圖

這里的年輕人，很強！

“攻克技術難題時，你一天睡幾個小時？”面對QTT天線項目負責人許謙，記者如是問?！澳銘搯栁?guī)滋焖淮危　边@位40歲出頭的新疆天文臺天線技術實驗室主任一談到QTT項目，聲音馬上大起來，“這東西永遠有興奮的點，不停有挑戰(zhàn)?！?/p>

“年輕人喜歡挑戰(zhàn)，更愿意迎接挑戰(zhàn)?！蓖跄日f?！?0后”“80后”成為QTT項目建設團隊主體。最年輕的古麗加依娜·哈再孜汗剛滿30歲。她負責天線主動面快速測量，這是一項開創(chuàng)性技術。

QTT拋物面由1920塊面板構成，巨大自重會讓面板變形。而觀測要求面板面形精度控制在0.2毫米，也就是說面板變形不能超過半根頭發(fā)絲的厚度。古麗加依娜要通過快速測量，在2分鐘內將精準數(shù)據(jù)傳輸給每塊面板后的促動器，后者會持續(xù)作用力于面板上，令其始終保持在標準面形精度內?！拔覀兿噜彽拇賱悠骺梢月?lián)動，不像國外，它不‘握手’。”古麗加依娜說。

“你是最年輕的，團隊討論時會怵嗎？”記者問。

“不怵啊，錯了就錯了嘛，再來。臺里有這樣的科研環(huán)境。”古麗加依娜說。

12年來，一個個初出校園的年輕人奮斗于星空下，成長為新疆天文學研究的中堅力量。他們對QTT項目充滿自豪?！耙愿哳l觀測為例，德國一年能觀測不到1個月，美國GBT望遠鏡也就1個多月，而我們的QTT項目建成后有6個月的觀測時長，這是多么巨大的優(yōu)勢?！痹S謙說，“排除萬難也要成功！”這位自2011年就參與QTT項目的“80后”如今已是博士生導師。

3月23日上午，一場自治區(qū)重大科技專項項目實施方案論證會召開，項目課題的科研骨干，都是新疆天文臺近10年培養(yǎng)起來的。年輕俊彥們依次上臺陳述，沒人注意到臺下王娜眼角的瑩光?！皥蟾嬗泻軓姷膶W術積累，內容也非常前沿，特別欣慰！”王娜說。

這并非單純的感動。

天文學是地球上開放度最高的學科之一。一直以來新疆天文臺都與全球的天文學家共享觀測數(shù)據(jù)。民間團隊亦受益于這種胸襟。正是通過NOWT分享的數(shù)據(jù)，與新疆天文臺深度合作的星明業(yè)余天文觀測團隊成員張宓，在2月26日NOWT疏散星團觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一顆快速移動天體，它正是那顆3000萬千米外的近地小行星，臨時編號2023 DB2。這讓新疆天文臺成為國內第三個發(fā)現(xiàn)近地小行星的中科院單位。

QTT項目建成后，全世界科學家都可以申請望遠鏡使用時間，事實上自去年奠基后，已陸續(xù)有國外的天文工作者申請來疆。這意味著新疆將因QTT項目，成為全球天文學家的競技場。

“你不能說新疆建成了世界一流的天文設施，卻沒能力做出一流的科研成果?！蓖跄日f，“12年時間，我們的科研和管理團隊都有了深厚積淀。事實證明，這里的年輕人，很強！項目還有6年時間建成，無論現(xiàn)在和未來，我們的科研梯隊和培養(yǎng)模式都撐得起這個事情！”

“核心器件、核心設備無法買到，就自己鉆研。項目建設不僅要考慮前沿，還要考慮可實現(xiàn)性。我們用世界最好的技術來做這件事。”新疆天文臺副臺長陳卯蒸一句話道出多少艱辛與豪情。

南山觀測站，高級工程師閆浩指著26米口徑射電望遠鏡機房內的核心部件說：“以前我們學西方，現(xiàn)在齊頭并進了，擁有全部自主知識產(chǎn)權?！痹诖嘶A上，QTT項目以新疆天文臺為核心，凝聚中國各領域頂尖團隊，不僅穩(wěn)步推進，還正在促進國內高精尖技術裝備制造工藝水平的整體提升。

新疆天文臺大門兩側是幾家小店與街邊市場，賣著蔬菜、小吃、兒童玩具。傍晚，將目光從深邃宇宙中暫時收回的天文工作者們陸續(xù)走出大門，如波四散。他們肩挑星辰，融入人間煙火。（文/劉東萊 謝慧變）