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【中国国家天文】深切缅怀FAST工程首席科学家、总工程师南仁东

  • 创建于 2017-09-29
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  我国著名天文学家、中国科学院国家天文台研究员,国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)工程首席科学家、总工程师,北京天文台原副台长南仁东于北京时间2017年9月15日23时23分因病逝世,享年72岁。

  南仁东是FAST工程的发起者及奠基人。FAST被誉为“中国天眼”,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。自1994年起,南仁东一直负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计工作。作为项目首席科学家、总工程师,负责编订FAST科学目标,全面指导FAST工程建设,并主持攻克了索疲劳、动光缆等一系列技术难题,为FAST工程的顺利完成作出了卓越贡献。

  南仁东是最早在国际天文学会担任分部主席等重要职务的中国天文学家,也是一位卓越的综合技术专家,在天文科学和天文技术方法领域造诣深厚,培养了大量的科学及技术人才。

  南仁东一生朴素宽厚,淡泊名利,待人诚恳,胸怀全局,鞠躬尽瘁,为我国天文学事业发展做出了突出贡献,他的逝世是中国天文事业的重大损失。遵照其遗愿,丧事从简,将不举行追悼仪式。

——链接——

专访:没有南仁东,就没有FAST

2016年9月25日,举世瞩目的“大射电”竣工。

500米口径球面射电望远镜(FAST),利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜,其拥有30个标准足球场大的接收面积。

在FAST竣工之际,《中国国家天文》编辑部独家专访了FAST总工程师兼首席科学家南仁东研究员。

——访谈——

中国国家天文:为何我们选择做大型单天线,而不是做大型干涉阵列?

南仁东:可以从五个方面来解释这个问题:

第一,从射电望远镜的Living Stone发展曲线上我们会看到:单天线和干涉阵列是交替发展的,这说明两种方法都有各自的价值。可以根据曲线预测,FAST作为一个大型单天线射电望远镜出现是顺其自然的。

第二,回首过去,我们会发现一个事实,诺贝尔奖量级的发现,几乎都是使用单口径天线获得的。虽然这里面发现脉冲星用的是天线阵,但用的是同相相加的天线阵,等同于一个单口径天线。是说单天线效果更好吗?绝对不是。我们有很多科学家在做干涉阵列,比如武向平领导的21CMA,陈学雷领导的红柳峡阵列,彭勃等人参与的SKA等等,我们不能厚此薄彼。

编辑部专访南老师(左一)、FAST项目科学家李菂(右一)

南老师讲解射电望远镜馈源结构

  第三,很多天文发现,比如彗星、流星,甚至一些超新星是被爱好者用肉眼发现的,为什么?虽然肉眼的分辨率很低,但有广阔灵活的视角。但当我们使用望远镜时,得到了高分辨率,同时视野却变得狭窄了。如果把单天线和干涉阵列做一个比较,单天线的分辨率较低,但拥有相对广的视场和相对快速的指向;干涉阵列的分辨率高,但视场较为狭窄。单天线可能适合于发现新的天体,但干涉阵列更适合于进行后续的精确研究。现阶段,由于馈源照明技术的发展,阵列逐渐有和单口经一样的大视场,但复杂的通讯和数据处理仍必不可少。

  第四,传统上估算,一个单天线的造价与其口径的立方成正比,而得到的接收面积与口径的平方成正比,所以一般来说,口径越大的单天线造价越昂贵。近些年随着主动技术的发展,材料可以节省一些,造价与口径的关系变成在平方与立方之间,大概二点几次方的关系。如果把单个天线分解为小口径的天线阵列,天线本身的造价会便宜很多,但接收机与处理器等设备的投入会随天线数量激增,所以不应该是越小越省。

  第五,其实我们无法确定什么是单天线,什么是阵列。阵列由单天线组成,单天线又会组成阵列,阵列中的各天线不做干涉,而做共相相加时就等同一个单天线。这是一个很有意思的逻辑。

射电望远镜的Living Stone发展曲线

中国国家天文:您提出的FAST早期科学主要有哪几点值得期待?

南仁东:在望远镜正式投入科学观测之前,需要一个调整阶段,这个阶段的科学工作叫做早期科学。其中主要研究内容包括:

第一,中性氢:用类似中星仪的方式探测中性氢,比如测量临近旋臂的旋转曲线,从而得到暗物质的分布。

第二,脉冲星:在仙女座星系M31中搜寻河外脉冲星。目前已经有人在X射线波段探测到河外脉冲星,于是我们希望能够探测到第一颗射电波段的河外脉冲星。

第三,大分子:把望远镜指向猎户座,尝试搜索长链碳分子谱线。由于大分子的转动等运动频率低,因此,特征谱线应该在低频,所以我们在低频进行探测。

南仁东参加早期的大窝凼选址

  南仁东,中国科学院国家天文台研究员, FAST工程总工程师兼首席科学家。1994年始,主持完成国家重大科技基础设施建设项目——500米口径球面射电望远镜FAST的选址、立项、可行性研究及初步设计,主编科学目标,指导各项关键技术的研究及其模型试验。