「超級大鍋」里裝了多少料？有可能「找到」外星人

圖為從FAST饋源艙處拍攝的天空。新華社記者歐東衢攝

7月3日，位於中國貴州黔南州平塘縣內的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，順利安裝最後一塊反射面單元，標誌著FAST主體工程完工，進入測試調試階段。

「望遠鏡看起來就像口超級大鍋。」

「聽說假如用它滿滿煮上一鍋飯，足夠全世界70多億人聚在一起吃上3天。」

當地人紛紛這樣表達著對這款具有我國獨立自主知識產權的FAST的第一印象。普通人對它不了解，只知它是目前世界上正在建造及計劃中的口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡。但有了它，科學家們可以探測脈衝星、中性氫、黑洞吞噬小天體，探索星體演化、宇宙起源、外太空智能生命，還能和遍布祖國各地的其他射電鏡組成陣列，形成虛擬的超大望遠鏡。

面積相當於30個標準足球場

作為目前世界上在建的口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡,中國「天眼」為何選址偏遠的貴州黔南？

打開衛星地圖,貴州平塘縣的地貌好似布滿褶皺的大象皮膚。再提高解析度,就能看到大大小小的「漏斗」——「天坑」群，其中有一個就是科學家尋覓十載為這個最大望遠鏡找的「家」。

1993年,包括中國在內的10國天文學家提出建造新一代射電「大望遠鏡」的倡議,旨在回溯原初宇宙,解答天文學中的眾多難題。1995年底,射電「大望遠鏡」中國推進委員會提出，利用貴州喀斯特窪地建造球反射面的「喀斯特工程」概念。此後,科學家們跋山涉水勘察選址,最終在平塘縣克度鎮找到了「大窩凼」——最適合碩大「天眼」的「眼窩」。

FAST項目饋源支撐系統總工程師孫才紅解釋選址「大窩凼」的原因：一是地貌最接近FAST的造型,工程開挖量最小；二是這裡的喀斯特地質可以保障雨水向地下滲透,不會在表面淤積而損壞和腐蝕望遠鏡；三是射電望遠鏡需要一處「凈土」,「大窩凼」附近5千米半徑之內沒有一個鄉鎮,無線電環境理想。

「FAST周圍三座山峰呈三足鼎立之勢,每座距離都在500米左右,中間的窪地猶如一個天然的鍋架,剛好穩穩地盛下這口『大鍋』。」孫才紅說。

據FAST工程總工藝師王啟明介紹，FAST的反射鏡邊框是1500米長的環形鋼樑，反射面由4450塊反射面板單元組成，總面積約25萬平方米，相當於30個標準足球場的面積，用於匯聚無線電波、供饋源接收機接收。因無前例可循，從起初每日只能拼裝一塊發射面單元，再到日均拼裝20塊、高峰值達到37塊，施工人員克服了諸多技術難題。

有可能「看到」「找到」外星人

「人類的夢想之一，就是在電波環境徹底破壞之前，真正看一眼初始宇宙，弄清宇宙結構是如何形成和演化的。只有大射電望遠鏡才能幫助人類實現這一夢想。」國際天文學會第十部副主席、國家射電望遠鏡項目首席科學家南仁東博士說。

光和廣播電視信號都是以光速傳播的電磁波，區別只在波長。千百年來人類只是通過可見光波段觀測宇宙，而實際上天體的輻射覆蓋整個電磁波段。射電望遠鏡是接收天體射出的無線電波的望遠鏡。天體輻射的電磁波極其微弱，70年來所有射電天文望遠鏡收集的能量，甚至翻不動一頁書。所以，科學家希望擁有更大的射電望遠鏡，原因很簡單——望遠鏡越大，收集的電磁波越強。

連日來，隨著FAST工程的快速進展，也牽動著不少國際國內天文學家和天文學愛好者的神經。FAST那麼靈敏,它能接收到遙遠世界裡發過來的極其微弱的「外星人」的信號，甚至找到「外星人」嗎？

在天文專家趙之珩看來，FAST建成後能夠接收到從宇宙深處發來的無線電波，會有一系列新的發現，從而將我國在天文研究水平向世界先進行列推進一大步。「FAST能從宇宙的今天看到很遠的地方去,有助揭開宇宙起源之謎,甚至是『地外文明』。」中國天文學會理事長、中國科學院院士武向平說。

射電波段的觀測推動了地球人對宇宙的理解，如20世紀60年代四大發現：宇宙微波背景輻射、類星體、脈衝星和星際有機分子。現代天文學上的「兩暗一黑」(即暗物質、暗能量、黑洞)，還存在著許多的謎團。趙之珩認為，FAST接受和放大它們發來的微弱信號,有助於揭開這些謎團。

中國天文學會會員、天津市天文學會理事史志成表示，FAST將探測宇宙中遙遠的信號、物質,例如電磁波、微波、激光、宇宙中的各種氣體、有機物、星際物質、恆星等的輻射信息，將對脈衝星、類星體等各種暗弱輻射源進行更精密觀測,對它們的物質結構、產生機制進行深入探索,有望對認識宇宙起源與演化過程作出貢獻。

還有更高更深的意義和影響

未來，FAST將把我國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數據下行速率提高100倍。脈衝星到達時間測量精度由目前的120納秒提高至30納秒，成為國際上最精確的脈衝星計時陣，為自主導航這一前瞻性研究製作脈衝星鍾。它可以作為被動戰略雷達為國家安全服務，還可服務於太空天氣預報。

另外，FAST研究涉及眾多高科技領域，如天線製造、高精度定位與測量、高品質無線電接收機、感測器網路及智能信息處理、超寬頻信息傳輸、海量數據存儲與處理等。FAST關鍵技術成果可應用於諸多相關領域，如大尺度結構工程、公里範圍高精度動態測量、大型工業機器人研製以及多波束雷達裝置等。

「FAST的建設經驗，將對我國製造技術向信息化、極限化和綠色化的方向發展產生影響。」鄭曉年舉例說，目前FAST的索網是世界上跨度最大、精度最高的索網結構，也是世界上第一個採用變位工作方式的索網體系。其技術難度不言而喻，需要攻克的技術難題貫穿索網的設計、製造及安裝全過程。僅以高應力幅鋼索研製為例，FAST工程對拉索疲勞性能的要求相當於規範規定值的2倍，國內外均沒有可借鑒的經驗或資料作為參考。其研製工作經歷了反覆的「失敗—認識—修改—完善」過程，最終歷時一年半時間才完成技術攻關，所取得的成果已經在國際專家評審會上得到國外專家組的認可，成功在FAST工程上得到應用。

「FAST的設計綜合體現了我國高技術創新能力。它將在基礎研究眾多領域，例如宇宙大尺度物理學、物質深層次結構和規律等方向提供發現和突破的機遇，也將在日地環境研究、國防建設和國家安全等方面發揮不可替代的作用。其建設將推動眾多高科技領域的發展，提高原始創新能力、集成創新能力和引進消化吸收再創新能力。」鄭曉年表示。

FAST的誕生，也使平塘這個國家級貧困縣一夜之間成為離星空最近的地方。記者了解到，目前當地政府正在圍繞天眼、天坑、天書奇觀，將「三天」資源整合起來,打造平塘獨具特色的科普旅遊網路，讓科普旅遊成為貴州旅遊市場上的新熱點,使之成為世界重要的天文科技旅遊中心、國家天文學人才培養基地、國家天文科普教育基地。

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