纸牌屋第二季

科学家发现宇宙黎明时期“黑洞星”_我的网站

A |     核心阅读　　截至今年4月，大瑞铁路高黎贡山隧道挖掘进度过半。

B |       据最新一期《自然》杂志报道，美国麻省理工学院、奥地利科学技术研究院等机构研究人员利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），在宇宙诞生后约6.6亿年的宇宙黎明时期发现了迄今已知最早的“黑洞星”。这一由快速成长黑洞及致密气体构成的奇特天体，或有助于揭开神秘“小红点”的真实身份，并为解释早期宇宙超大质量黑洞的快速形成提供线索。  超大质量黑洞通常潜伏在大质量星系中心，质量可达太阳的数百万至数十亿倍。这条隧道创造了我国铁路最长隧道、最长斜井、最深竖井等9项纪录，项目启动至今，已经过了9年时光。然而，科学家一直难以解释，为何在宇宙诞生后仅数亿年，就已经出现了一些质量巨大的黑洞。近日，记者走近负责高黎贡山隧道建设的工程师团队，了解他们在这里的坚守和创新。　　大瑞（云南大理至瑞丽）铁路高黎贡山隧道地形条件复杂、地底情况特殊，具有“三高四活跃”（高地热、高地应力、高地震烈度，活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程）的地质特征，被称为“地质博物馆”。  此次发现的天体被命名为“MoM-BH*-1”。　　在隧道施工现场，“越是艰险越向前”的标语格外醒目。

C | 研究人员原本利用JWST寻找宇宙早期星系，却在观测数据中发现一个异常明亮、颜色偏红的光点。它的尺度只有太阳系大小，但能量输出却约为普通恒星产生的能量上限的1000亿倍，远超普通恒星核聚变所能达到的水平。硬岩掘进机发出“轰隆隆——”的声响，工作人员热火朝天地开展施工作业。从2015年底高黎贡山隧道工程启动，这里的轰鸣声已持续了9年。

D |   与此同时，MoM-BH*-1的光谱还呈现出一种异常强烈的“巴耳末跳跃”，这种光谱特征通常与恒星大气中的致密气体有关。同时，其光谱中几乎没有金属元素的明显痕迹，主要表现为氢和氦的特征。一批批工程师坚守地底作业，日日夜夜为推进隧道建设不懈努力……　　隧道正洞电器工程师曾勇——　　保障“彩云1号”稳定掘进　　高压、富水、破碎，一段特殊隧段，经过特殊处理，等待“彩云1号”向前掘进……　　“彩云1号”是我国自主设计制造的敞开式硬岩掘进机（TBM），是开挖隧道的利器。  研究人员模拟发现，极其致密的氢气可形成类似“巨大恒星表面”的气体包层，吸收特定波长的光，从而解释其特殊光谱。70后电器工程师曾勇，则负责“彩云1号”的日常电器、机械系统的维护。

E |   但这仍无法解释它惊人的亮度。　　“彩云1号”设计建造之初并非没有质疑声：“国外TBM技术成熟，直接引进不就可以了？”现实情况是，由于高黎贡山隧道地质条件复杂，国外引进的TBM在高黎贡山隧道频繁卡机。　　不过，即使是有针对性地进行了改良设计的“彩云1号”，在刚参与到高黎贡山隧道项目建设时，也出现过频繁卡机的情况。2016年进入项目的曾勇，就负责对卡机现象的调查和优化工作。

F | 进一步分析显示，最符合观测结果的情景是：MoM-BH*-1中心有一个约为太阳质量10万倍的黑洞，周围包裹着近似太阳系大小的致密氢气。在曾勇的反复钻研下，制定了“彩云1号”护盾延伸方案，卡机情况显著减少，大大提升了掘进效率。　　“我们的工作，可不仅仅是提高了工作效率，还守护了更多施工人员的安全。

G | ”曾勇说，在“三高四活跃”的高黎贡山隧道，随时可能出现突泥涌水，如果采取人工爆破掘进，一线人员数量较多，风险较高。黑洞吸积物质释放的能量为整个系统提供动力，外围气体则让它看起来像一颗巨大的恒星——研究人员因此将其称为“黑洞星”。

H | 采用“彩云1号”掘进，操作人员更少，且能够有效顶住一般的突泥垮塌，“机器代人”更加安全。　　在“彩云1号”后续掘进过程中，曾勇还曾遇到过一个棘手的问题——进口变频器频繁出现故障。更糟糕的是，这款变频器已停产，通过常规渠道难以直接替换或者找到配件。  “黑洞星”的发现还有助于解释JWST近年来频繁发现的神秘“小红点”。　　最初，曾勇和团队成员尝试用其他机器上拆下来的变频器作为备用配件，但这样不仅成本高企，也存在使用寿命不足的问题。这些紧凑、明亮且偏红的天体在早期宇宙中似乎随处可见，却在今天的宇宙中消失殆尽。

I | “有没有可能找到性能差不多的国产变频器？”曾勇网上搜、线下找，终于锁定了一个国内变频器品牌。研究人员发现，如果将类似MoM-BH*-1的天体置于早期星系中，其整体光谱可能与“小红点”高度相似。（记者张佳欣）。在全面分析了该品牌变频器的性能、结构尺寸和经济性后，曾勇积极与厂家沟通，推动了国产变频器替换工作。最终，“彩云1号”用上了国产变频器，作业更稳定。　　斜井工区助理工程师王欣——　　增加作业面，实现“长隧短打”　　如果说曾勇的工作是在隧道正洞作业面向前掘进，那么斜井工区80后助理工程师王欣的职责，便是“另辟蹊径”支援隧道施工。

J | “隧道太长，不能只从一头施工，靠近隧道另一侧开挖斜井可以增加更多作业面，实现‘长隧短打’。”王欣解释，为缩短工期，除了正洞挖掘外，高黎贡山隧道采用了“贯通平导+1座斜井+2座竖井”的施工方案。　　高黎贡山隧道最大埋深达1155米，开挖的斜井长达3870米，难度可想而知。

K | “因为地质情况复杂，经常开挖三米，垮塌一两米，有些隧段停工处理垮塌的时间，比挖掘的时间还长！”王欣说，越往地下延伸，应力越大，垮塌、变形风险也越大。

L | 　　“面对困难，只能科学地干！”王欣说，在挖隧道的同时，还要一直对斜井井身进行加固处理。

M | 　　怎么加固？打一层混凝土不行，就打两层，两层不行就打三层；钢架用粗的，支撑力不够，就选更粗的，实在不行还能加密……王欣介绍，如今，最厚的支护已做到了近90厘米。即便如此，有些高应力隧段仍会被压变形，还需要实时动态监测，一旦达到临界值，就要重新处理。　　“用什么混凝土，也有讲究。

N | ”王欣介绍，高黎贡山隧道内部应力较高，普通混凝土喷射存在抗压强度不足和回弹量过高的问题，直接影响了结构稳定性。经过深入的资料搜集和实验对比分析，王欣决定用硅灰代替粉煤灰。“硅灰喷射混凝土坍损小，性能稳定，抗压强度比普通喷射混凝土高30%—40%。”随着混凝土强度提升，支护返工频次减少，施工效率得以提升。

o | 　　在高黎贡山隧道施工，除了面对复杂的地质条件，也要忍耐高温的施工环境。“在地下作业，39摄氏度的岩温夹杂高温涌水，使得掌子面气温达到42摄氏度，湿度最高达99%。

p | ”王欣与项目部技术人员共同设计降温施工方案，使用制冰机和大功率制冷设备，尽可能改善施工环境。“隧道另一端的工友们也在奋力向前挖掘，大伙对‘不见不散’的约定充满信心。”王欣语气坚定。　　竖井工程部工程师邵林江——　　穿过多个高压含水层，创新注浆封堵　　“长隧短打”，除了两侧同步施工，在隧道中段，两套竖井设备也向着地底深处延伸至正洞，从而进一步增加作业面，提高隧道建设速度。　　“2号竖井井深640.2米，比总高600米的广州塔还多40米。”清晨6时许，天边刚泛起鱼肚白，高黎贡山隧道2号竖井工程部90后工程师邵林江已乘坐着罐笼电梯，以3.2米/秒的速度向地下行进。

q | 随着项目推进，从施工组织到技术突破，再到严密的安全保障措施，邵林江心中细致地盘算着每一个细节。“慢点、慢点，注意安全！”刚进入隧道，邵林江目光便紧盯着掌子面作业人员的施工动作。　　这口竖井来之不易。

r | 自2016年开打，到2020年5月2日竖井才掘砌到底，正式服务隧道正洞作业。邵林江介绍，竖井掘砌640多米，需要穿过多个高压含水层。为了避免地下水大量喷涌，需要提前注浆封堵。

s | 然而，这场与水的较量却一波三折。　　通常，涌水量增加说明岩石间裂隙增大，堵水浆液更容易通过裂隙进入岩层对地下水进行封堵。但在高黎贡山隧道，却存在不同的情形。邵林江回忆：“涌水量太大了，我们刚注入的浆液还没来得及发挥作用，就被地下水冲刷走了。”　　为此，邵林江根据水压、裂隙发育程度的变化不断优化超前注浆方案。注浆材料一换再换。从最初用的普通水泥，到超细水泥，再到脲醛树脂浆，最终经过反复比对和严格的评估与试验，选定了无醛树脂浆液作为注浆材料，不仅解决了之前的难题，也确保了施工的安全与效果。

t | 　　进入隧道，爆破声从掌子面传出，挖掘机、运输车、施工人员有序地把散落在地面的土石运走，每天约700立方米的洞渣从竖井中一桶桶往外运输……邵林江介绍，目前，2号竖井主井负责出渣、排风等工作，副井负责人员、物料运输以及进新风、排水等任务。

u | 如何最大程度提升运输效率，为正线施工提供有力保障？邵林江的回答是：“想在前面，做在前面。”　　在高黎贡山隧道8年的工作经历，让这名来自云南省曲靖市的小伙在一次次攻坚克难中迅速成长。

v | “我现在最大的梦想，就是早日看到隧道的贯通，带上家人好好走一趟，告诉他们：‘你们看，这就是我参与修建的隧道！’”　　大瑞铁路高黎贡山隧道项目部书记程湘波说：“我们的努力坚守，能在未来为乘客的便利出行作出贡献，大家觉得特别值！”　　■延伸阅读　　高黎贡山隧道为何难建？　　大瑞铁路高黎贡山隧道由云桂铁路云南公司负责建设管理、中铁隧道局承建，位于喜马拉雅地震带，施工要穿越17个地层、19条断裂带，隧道的建设难度非常大。作业期间会面临高温热害、断层破碎、突水突泥、岩爆、有害气体、高地应力软岩大变形等技术难题，对隧道修建技术工艺、安全防护、工装设备及材料使用提出了更高要求。　　高黎贡山隧道的建设者们不畏险阻、善于创新，努力克服复杂地质条件限制，攻克了隧道施工的一系列难题：在隧道正洞作业面，采用我国自主研发的敞开式硬岩掘进机“彩云1号”，推动了硬岩掘进机装备技术创新，有效提升掘进效率；通过开挖斜井增加作业面，实现“长隧短打”，创新了不良地质围岩隧道加固方法并获得专利；掘砌深达640多米的竖井，采用通风降尘技术改善隧道施工环境，服务隧道正洞作业……一项项基于克服隧道不良地质条件的技术创新成果，化作先进的工艺工法，为重难点隧道建设提供了经验。

w | 　　《 人民日报 》（ 2024年04月27日 05 版）。

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Published on:16:47:03