FAST引領中國天文走向「黃金時代」

FAST工程全景。中國科學院國家天文台FAST工程辦公室供圖。

新華社貴陽9月25日電特稿：世界最大射電望遠鏡帶中國天文走向「黃金時代」

新華社記者劉偉　胡星　楊春雪

25日，位於貴州黔南州平塘縣克度鎮的世界最大射電望遠鏡正式啟用，從選址、創新設計到研發製造、組織施工，整個過程歷經22年。現在，置身喀斯特窪地里的這口大「鍋」，已接收到1351光年外的脈衝星信號。

未來兩三年，「500米口徑球面射電望遠鏡」（簡稱FAST）將進入整體聯調、試運行階段。之後，望遠鏡將對全世界科學家開放，幫助人類聆聽更多來自遙遠星球的聲音，洞察宇宙的奧秘。

（小標題）中國最大天文工程的創新與挑戰

千百年來，人類一直通過可見光波段觀測宇宙，但實際上天體的輻射覆蓋了整個電磁波段。早在1993年的國際無線電科學聯合會大會上，科學家們就期望，在電波環境徹底被破壞之前，真正看一眼初始的宇宙，弄清宇宙結構是如何形成和演化至今的。

只有大射電望遠鏡才能幫助人類實現這一夢想。然而，來自宇宙天體的無線電信號極其微弱，掌握宇宙邊緣的信息需要大口徑望遠鏡。

1994年，中國科學家於提出建造大口徑射電望遠鏡的計劃。

台址的選擇是中國科學家面臨的首要問題。為了減少工程成本，他們選定喀斯特地貌的天然窪地建造形如大鍋的FAST，最終花了4年時間從約400個備選窪地中選擇了貴州的一處「大窩凼」，因為它不大不小，深度合適，形狀很圓，適於施工建設。

這張拼版照片為FAST項目拼裝第一塊反射面板（左上，2015年8月2日攝）、FAST反射面板安裝近半（右上，2015年12月16日攝）、FAST項目反射面板安裝近八成（左下，2016年3月9日攝）、FAST項目反射面板安裝完成（右下，2016年7月3日攝）。 新華社記者歐東衢攝。

FAST的接收面積相當於30個足球場，擁有6670根主索和4450塊反射面板，這一串數字不僅勾勒了它的壯觀，也可以想見工程的難度之大。

不同於美國阿雷西博望遠鏡只能通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個帶狀區域，FAST的創新在於利用球冠反射面在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面，更便於追蹤移動的天體，與「阿雷西博」相比，其綜合性能提高約10倍。

6索並聯驅動控制系統對饋源艙進行姿態調整。中國科學院國家天文台FAST工程辦公室供圖。

另一大創新在於採用世界上跨度最大、精度最高的索網結構。據FAST工程總工藝師王啟明介紹，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，從2010年開始，歷經上百次拉索實驗，才滿足了FAST工程對拉索疲勞性能高於國際標準1倍的要求。

FAST啟用後，真正的挑戰在於如何總控協調整個系統運行。這麼大尺度的望遠鏡，如果沒有共同的時間基準和位置基準，根本沒有辦法讓望遠鏡在特定時刻走到科學家想要的位置，接受到他們想要的信號。

「所有的報道都在說FAST宏偉、壯觀，其實FAST最震撼人心的是精準。饋源艙運行和反射面變型，如果沒有同樣的參考，不能在共同的時刻達到相同的位置，很難談精準。經過3年的測試，我們的基墩穩定性很高，誤差不超過1毫米。」FAST工程測量與控制系統總工朱麗春說。

（小標題）FAST與射電天文的未來

FAST的落成啟用，吸引了一眾國內外天文學家為之點贊。24日，1993年諾貝爾物理學獎獲得者、脈衝星雙星系統發現者約瑟夫·泰勒受邀來華。他表示要向FAST的建設者們表示祝賀，他們按期建成了世界上最大、最靈敏的設備。「我預計FAST將會帶來許多新的、重要的科技成果。」

在未來緊張的調試－試運行觀測階段，項目團隊爭取儘快將這一科學利器正式投入到科學觀測中，從而回饋國家、回饋公眾，為天文學家提供探索宇宙奧秘的新機遇。「獲得好的數據才是關鍵，這取決於能否把FAST性能調到最好。」FAST工程副經理張蜀新說。

FAST工程總工藝師王啟明介紹曾經實驗過的FAST第一代反射板。新華社記者劉偉攝。

在不遠的未來，FAST將覆蓋當今射電天文的主流熱點方向和科學目標：巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學，以探索宇宙起源和演化；觀測脈衝星、探測星際分子，甚至還可以搜尋地球外生命；可觀測的天體數目將大幅度增加，可為科學家提供更多更好的觀測統計樣本，更可靠地檢驗現代物理學、天文學的理論和模型。

作為世界最大的單口徑望遠鏡，FAST將在未來10年-20年保持世界一流設備的地位。目前，在脈衝星研究領域，已經誕生了兩項諾貝爾獎，而FAST預期將發現雙倍於人類已知數量的脈衝星，因此極有可能在廣義相對論和引力波探測方面取得重大突波，為射電天文學研究提供前所未有的機遇。

（小標題）FAST催生天文小鎮

由於曝光率增多以及項目本身的壯觀程度，越來越多的人對參觀FAST保有濃厚的興趣，使得FAST產生的影響超過了其科學範疇。毗鄰FAST的一座山上，當地政府引資修建了觀景台，並有計劃開通索道、纜車、電車。通過觀景台的公路也將在近期貫通，方便遊客一覽「天眼」全貌。

FAST在滿天繁星下呈現出的美麗景觀。新華社記者劉續攝。

目前，平塘縣政府已經在距FAST5千米的克度鎮，打造了天文科普旅遊文化園。圍繞科學、科普、旅遊配套的「天文小鎮」也在建設中。

作為國家級貧困縣，平塘縣希望借發展天文旅遊來給「貧困摘帽」也無可厚非，科學家們表示理解。但是，FAST的靈敏度號稱是「在月球上打手機都聽得清」，而其要聆聽的射電微弱得好比「雷聲中的蟬鳴」。

目前，《貴州省500米口徑球面射電望遠鏡電磁波寧靜區保護辦法》已出台，以台址為圓心，半徑5千米區域被設為核心區，5至30千米的環帶被設為協調區，保證FAST免受電磁干擾。

平塘國際射電天文科學旅遊文化產業園FAST遊客服務中心。新華社記者歐東衢攝。

國外已有射電望遠鏡與天文小鎮並存的成功案例，而且這反映了天文在一國的科學地位和受歡迎程度。「在發展旅遊業時，需要嚴格控制各種有可能對FAST造成干擾的電子類產品進入區域內，比如數碼相機、手機等，這樣，天文旅遊才可以和FAST互惠發展。」FAST工程副經理張蜀新說。

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