走进国家级重点科学实验基地

INTRODUCTION

今之星科技空间，联合中国科技教育促进会、中国科学院国家天文台与中国科学院力学研究所共同推出的科考项目——走进国家级科学研究实验基地，于1月11日顺利举行、圆满落幕！在老师们的带领下，同学们参观了两所国家级重点科研单位：中国科学院高温气体动力学国家重点研究室和中国科学院国家天文台太阳观测基地，并与世界级科学实验装置近距离接触。此外，科学家们围绕气体动力学与天体物理学两大课题，展开了三场精彩的科学讲座。同学们认真聆听并动手完成了三组科学实践，制作了属于自己的日晷、星盘与伽利略望远镜。同学们在增长知识、开拓眼界的同时，见证了中国科学发展最前沿的成果，进一步将日常所学的科学理论知识与科学实践结合起来。下面，就让我们一起来回顾一下本期科考项目的精彩片段吧！

第一站：中科院高温气体动力学国家重点实验室

11日一早，同学们早早地等待在集合地点，期待着此次科考之旅。在简短地介绍了随行专家与实验室概况后，我们到达了当天的第一站——中国科学院高温气体动力学国家重点实验室。

在这里，我们访问了两个国家级重点实验室：激波风洞实验室和高铁风洞实验室。

• 激波风洞实验室

此次参观的激波风洞实验室中，有一个令小伙伴们激动而兴奋的实验室项目——它就是JF12 激波风洞。在激波风洞实验室科学家的带领下，同学们来到了JF12激波风洞旁边，亲眼见证了这个能够模拟高超声速飞行的“大家伙”，并聆听了科学家对这一世界级项目的介绍。

JF12 激波风洞项目于2008年 1 月启动，是8个国家重大科研装备研制项目之一；耗资 4600万元，2012年5月顺利通过验收。这是一个典型的自主创新的实验设备，以中国独创的反向爆轰驱动方法为核心，克服了自由活塞驱动技术的弱点；集成了五大关键创新技术，设计、加工、建造及调试工作均由中国人负责。安装调试工作历时两年，取得了一次性安装、调试、验收合格、获得试验结果的成就。

JF12 激波风洞是国内外同类型产品中的佼佼者，可复现25至40公里高空、5到9倍声速的高超声速飞行条件。通常，高超声速发动机需要的实验时间至少需要60到70毫秒，JF12已经能做到100毫秒，国外的相似风洞大约只能做到30毫秒。JF12激波风洞里的‘风’，速度最高可达Ma 9（ Ma 9意味着，从北京到纽约的飞行时间，可以由14小时缩短到2小时），真可以说是个‘超级风洞’！

• 高铁风洞实验室

“坐飞机最危险的是起飞和降落，因为地面效应包括建筑、风对飞机的激扰，所以，飞机设计的难点在起和降的过程。而高速列车始终在地面上高速运行，从空气动力学车与空气相互的作用角度，既要考虑地面对列车的强激扰，也要考虑到高速运行状况下气流激扰。波音737的巡航阻力系数约在0.028左右，6辆编组试验列车整车阻力系数约为0.48左右，所以说高速列车比在天上巡航时的飞机的技术难点要复杂得多。” 高铁风洞实验室的科学家介绍道。

“高铁就像一架飞机在不停地起降。” 在高铁风洞实验室中，同学们第一次了解到原来高铁的设计中隐藏着这么多看不见的科技；同时也意识到，高铁背后的空气动力学设计原来如此精妙。

高铁风洞实验中，风阻是关键因素。风阻是车辆行驶时来自空气的阻力，风阻系数愈大，则空气阻力愈大；风阻系数的大小多取决于列车的外形。因此，研究人员需要通过不断设计列车外形、优化高铁的空气动力学设计，才能成功地在原有基础上把风阻降低了，使列车在同等速度下更加安全、更加节约能耗。

离开高温气体动力学国家重点实验室后，今之星的老师们根据此次科考项目中的知识点，向同学们发起了知识挑战。“谁能和大家介绍一下风洞实验的工作原理是什么？” “风洞内的高速气体是如何产生的？有谁能够细致的描述一下？”……同学们纷纷抢答，分享自己与众不同的观点和看法。寓教于乐，学生们此行真是收获颇多、不亦乐乎。

第二站：中科院国家天文台太阳观测基地

中午时分，我们到达了第二站——中国科学院国家天文台太阳观测基地。该基地坐落于北京怀柔水库北岸的小岛上，致力于研究以太阳耀斑为主的活动区物理和太阳活动。

下午的科考任务，在天文学家郭红锋老师的科学讲座中正式开始。第一场讲座的主题是太阳活动：为什么太阳对我们这么重要？ 

郭老师深入浅出，通过一个简单的发问——“为什么地球一直在运动，而我们却感觉不到？”，向同学们讲解说明地球与太阳之间的相对运动关系；并通过解释“立竿见影”这个词汇，帮助同学们理解如何通过观察太阳的影子了解太阳视运动的速度，从而知道时间、时刻、方向与季节。

在同学们充分了解观察太阳是一件很有意义的事情后，郭老师向同学们介绍了专门用于专业太阳观测的天文望远镜的原理与操作。

• 为什么通过望远镜能看的更远？

望远镜是人眼睛的扩展。望远镜的作用首先是能够放大远方物体的张角，帮助人看到星空中肉眼难以分辨的细节；其次是扩大集光能力，使人眼看到本来看不到的更暗弱的天体。

望远镜有哪些种类？

折射望远镜：利用光线通过凸透镜的折射聚光形成光路

反射望远镜：利用曲面反射镜聚光形成光路

折反射望远镜：用球面反射镜为聚光主镜，在主镜前加一特殊形状的改正透镜，用来改进球面镜的成象条件

• 什么是“中国天眼”？

中国天眼，即500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，简称FAST）。它由我国天文学家南仁东于1994年提出构想，历时22年建成，于2016年9月25日落成启用。

中国天眼是由中国科学院国家天文台主导建设，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。中国天眼与此前世界最大口径100米望远镜相比，观测能力提高了10倍，并且将在未来20~30年保持世界领先地位。

学习完望远镜的基础知识后，天文台的科学家带领同学们，来到了怀柔水库旁的高塔。高塔顶端设有此行最值得期待的——多通道望远镜与全日面望远镜。

• 多通道望远镜

多通道太阳望远镜由五个不同功能的望远镜组成，组装于统一的带有光电导行的跟踪系统上，同时用14个CCD接收工作，后接图象、录象和计算机系统。

这是我国独创的、世界唯一的能同时测量太阳上不同层次、不同尺度的视频矢量磁场、速度场，以及通过光谱扫描获得光谱线轮廓和Stokes参数轮廓的，高时间、高空间分辨率、高灵敏度和适当光谱分辨率的，高科学含量的综合望远镜。

它是目前世界上具有领先水平的、最强大的综合功能的太阳望远镜系统之一。主要用于太阳物理的基础研究、日地关系应用基础研究，以及太阳活动对空间环境和通讯骚扰预报等应用研究。

参观完令人震撼的大型望远镜，同学们研究望远镜的兴致格外高涨。制作望远镜的时间到了！同学们两人一组，对比着图纸与老师的讲解，开始埋头组装属于自己的伽利略望远镜。

望远镜能观察太阳，同样也能观察星空。通过制作望远镜，同学们对望远镜成像的原理也有了更加深入地了解。在大家的期待中，郭老师开始了第二场科学讲座——星空的概念。

• 什么是星座？
  

星座是指天上一群群的恒星组合，可以理解为天空中的行政区。实际上同一个星座内的恒星，相互之间没有实际的关系，他们只是投影的位置相近。

自古以来，人对于恒星的排列和形状很感兴趣，并且很自然地把一些位置相近的星联系起来。中国很早就把天空分为三垣二十八宿，《史记·天官书》记载颇详。直到1928年，国际天文学联合会正式公布国际通用的88个星座方案。

讲座过程中，为了让同学们更了解四季星空的不同，郭老师指导同学们制作了属于自己的小小星盘；并讲解了星盘的用法，以及不同时节可以期待的天空星象。

• 四季星空

寒来暑往，斗转星移。这说明随着一年四季的变更，四季星空也在变化。由于地球持续在围绕太阳运动，因此地球和太阳的相对位置也在不断变化。因此，一年中同样是在晚上，不同季节看到的星象是不一样的。

春季星空最显著的是春季大三角。春季大三角指春天高挂在天空的三颗亮星，它们排列而成三角形状。三颗亮星分别是狮子座的五帝座一、室女座的角宿以及牧夫座的大角星。另外春季大三角再加上猎犬座的常陈一，排列成钻石形状，称为春天大钻石。

夏季最壮观的是银河。银河两岸的牛郎星、织女星和银河中的“天津四”组成夏季三角形。此外，在夏季的天空中，天蝎座是最著名的星座之一。天蝎座的明显特征，是有三颗星等距成弧摆开，心宿二恰在圆心。在中国古代天文学中，天蝎属商星，猎户属参星，刚好一升一落、永不相见；所以有诗人说：“人生不相见，动如参与商。”

“飞马当空，银河斜挂”，是秋季星空的象征。秋季四边形的4颗星分别叫做室宿一、室宿二、壁宿一、壁宿二，即飞马座的三颗亮星（α、β、γ）和仙女座的一颗亮星（α）。

冬季虽然寒冷，但星空却极其壮丽。猎户座是冬季星空的中心。在厦门的纬度，入夜后就可看到三颗排列整齐的亮星，民间说"三星高照"就是它们了。三星的周围有四颗亮星和三星组成一个长方形，那就是猎户座，而三星就是猎户的腰带。

科考项目正式结束前，每位同学都获得了由科学家亲自颁发的科考证书！虽然由于天气条件不够理想，户外的星空观测任务未能如约展开。但是同学们依然兴致勃勃，因为此次科考项目中，对于科学的探索与发现已经足够令人震撼。

科学影响着我们的生活，科学探究的态度影响着我们的成长。希望同学们都能保持着一份热忱、一份独立、一份好奇心与一份勇敢，努力成为最好的自己！期待下期今之星科考项目再见～