世界第一“天眼”落戶貴州

蔡如鵬

憑借相當于30個足球場大小的天線接收面積，FAST的綜合性能將超出目前世界上最強大的射電望遠鏡10倍

12月26日，中國天文學家在貴州省平塘縣正式啟動了全球最大射電望遠鏡“FAST”工程的建設。

這個口徑500米的射電望遠鏡，將架設在當地一處名叫“大窩凼”的喀斯特洼地之中，是世界上正在建造及計劃建造中口徑最大、探測能力最強的單口徑射電望遠鏡。

項目首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員南仁東告訴《中國新聞周刊》，與目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡、美國建造在波多黎各的口徑305米望遠鏡相比，FAST的綜合性能將提高10倍左右，在未來20?30年保持世界領先地位。

“70年翻不動一頁書”

與人們熟悉的望遠鏡不同，射電望遠鏡既沒有高高豎起的望遠鏡鏡筒，也沒有物鏡、目鏡，看上去更像是一口大鍋。

“這是因為它接受的不是可見光，而是天體射出的無線電波。”南仁東說，千百年來人類大多是通過可見光波段觀測宇宙。事實上，天體的輻射覆蓋整個電磁波段，而可見光只是其中人類眼睛可以感知的一部分。

射電望遠鏡正是將那些看不見的電磁波，通過天線收集起來，然后傳送給接收系統放大并轉變成儀器能夠記錄的信號，供天文學家分析。自美國貝爾實驗室的卡爾·央斯基1933年接收到來自銀河系的射電信號以來，近代天文學許多重大發現都基于射電天文學的發現。

巨大的天線是射電望遠鏡最顯著的標志，它的種類很多，有拋物面天線、球面天線、螺旋天線等，最常用的是拋物面天線，也就是我們看見的“大鍋”。天線對射電望遠鏡來說，就好比眼睛，它的作用相當于光學望遠鏡中的物鏡，負責收集微弱的宇宙無線電信號。

但來自太空的無線電信號極其微弱，70多年來所有射電望遠鏡收集的能量加在一起還翻不動一頁書。

因此，天文學家一直試圖建造巨型射電望遠鏡，因為望遠鏡越大，收集到的信號越多。但由于自重和風載引起的形變，傳統的可轉動射電望遠鏡的天線最大口徑只能做到100米，否則收集到的信號就無法準確地聚焦到接受系統上。

30個足球場大的天然鍋架

人工制造遇到難題后，天文學家們把目光轉向了地球上固有的地形地貌——利用天然的洼地作為支架，建造巨型射電望遠鏡。于是，這就有了既不架在山頂，也不像“哈勃”那樣遨游太空，而是架在洼地中的FAST。

從1994年起，天文學家們就開始尋找適合建造FAST的臺址。最終從黔南近400個洼地中選中了大窩凼。

大窩凼距離平塘縣城約85公里，是喀斯特地貌所特有的一大片漏斗天坑群。周圍三座山峰呈三足鼎立之勢，每座距離都在500米左右，中間的洼地正好形成一個天然的鍋架，又大又圓，剛好可以穩穩當當地盛下FAST這口大鍋。

“大窩凼不僅是一個天然的洼地可以架設望遠鏡，而且洼地中均有通向地下水系的通道，可以保障雨水向地下滲透，不在表面淤積、腐蝕和損壞望遠鏡。”南仁東說。

此外，這一帶只有十幾戶村民，附近沒有集鎮和工廠，在5公里半徑之內沒有一個鄉鎮，可以確保電波環境不受干擾，有利于太空觀測。

“利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址，是我們全新的設計思路。”南仁東說，“這開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。”

南仁東告訴《中國新聞周刊》，工程人員將在洼坑內先用約10000根鋼索連成一張大網，然后在上面鋪設4600多塊三角形的反射板，最終形成一個巨型反射面，即FAST的天線。天線的接收面積達到20萬平方米，相當于30個足球場，猶如一只鑲嵌在地面的巨大“天眼”，性能將大大超過傳統的射電望遠鏡。

反射板由促動器控制，可以進行整個反射面的主動變形。此外，采用輕型索拖動機構和并聯機器人，實現望遠鏡接收機的高精度定位。也就是說，這個巨大的“天眼”還可以根據需要在洼地上轉動。

據悉，這項重大科學工程的投資為6.67億元人民幣，預計2014年建成。建成后，每年的運行維護費用大約6000萬元。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米口經射電望遠鏡相比，南仁東說，FAST的靈敏度提高了約10倍。靈敏度是衡量射電望遠鏡性能的重要指標之一，它是指射電望遠鏡“最低可測”的能量值。

尋找地外文明

那么，FAST建成后，天文學家能夠利用它具體做些什么呢？

南仁東說，作為一個多學科基礎研究平臺，它將在宇宙大尺度物理學、物質深層次結構和規律等眾多基礎研究領域提供發展和突破的機遇，也將推動中國高科技領域的發展。據他介紹，FAST可以將視界延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質和暗能量，尋找第一代天體；還可以用一年時間巡視約7000顆脈沖星，并有望發現奇異星和黑洞雙星等。

此外，對于長久以來困擾人類的地外文明疑問，FAST將搜尋識別可能的星際通訊信號，或許能幫助科學家揭開地外文明的“冰山一角”。

早在1960年，天文學家弗蘭克·德雷克就領導一項名為“奧茲瑪”的計劃，搜尋地外文明的信號。他使用一臺口經26米的射電望遠鏡進行了幾個月的觀測，但結果一無所獲。

1974年11月16日，美國設在波多黎各的305米口徑射電望遠鏡落成，作為落成典禮的一部分，天文學家用它向武仙座球狀星團M13發出了一封“地球電報”。這個信號需要2萬4千年才能到達。這是人類第一次有意識地向宇宙的其他部分表明自己的存在。

“尋找地外文明的學科風險是不言而喻的，但它一旦成功，將使人類所有的科學成就黯然失色。”南仁東說，“所以科學界的探索、發達國家政府與民間對此的投入也從未停止。”

目前，天文學家認為，與地外文明通訊的唯一可行的方法，就是尋找來自地外文明的信號。它比發射探測器去登門拜訪外星人要可行得多。

在這類觀測項目中，鳳凰計劃最為著名。它始于1994年，正使用射電望遠鏡對來自鄰近的大約 1000 顆類太陽星周圍的無線電信號進行系統的搜索和證認。

“巨大的FAST也許會給我們巨大的機遇。”南仁東說，即使沒有那份運氣，也可以像美國宇航局微波巡視計劃那樣，同時掃描上億個頻率，診斷微弱的空間窄帶訊號，其國家安全方面的價值不言自明。