抬望“眼”

王　麗　顧佳赟

4年前，在美國佛州奧蘭多市舉行的“光學工程國際協(xié)會”研討會上，一位天文學家說：“從理論上說，如果外星人的確有電視節(jié)目的話，只要將足夠大的射電望遠鏡對準外星人的星球，就能夠接收得到。而如果真的接收到從遙遠星際發(fā)送來的信號，必將為宇宙中存在生命提供直接而有力的證據(jù)。”

這個科幻夢想或許將在-中國率先實現(xiàn)。

投資7.3億元、世界迄今最大單口徑射電望遠鏡FAST工程，2008年12月26日在貴州省平塘縣一片名為“大窩凼”的喀斯特洼地中正式啟動，預(yù)計工期5年半。

在貴州“筑巢引鳳”，是為了爭取國際最大規(guī)模的射電望遠鏡合作計劃來華。中科院院士、原國際天文學聯(lián)合會副主席葉叔華不久前在上?？萍拣^演講時透露。

據(jù)他介紹，1993年，國際無線電科學聯(lián)盟中10個國家提議合作造一個最大的射電望遠鏡，要求望遠鏡的接受面積是一平方公里，該科學項目名為SKA。目前，全球至少有6個國家提出了相關(guān)方案，包括南非、澳大利亞等國。SKA計劃究竟“花落誰家”，今年有望揭曉。

按照規(guī)劃，SKA將于2020年建成。一位天文學工作者笑稱：“如果說2020年能收看外星頻道，那么2019年就該播出預(yù)告片了吧。但是，我們還需要一個解碼器?！?/p>

實戰(zhàn)場而的激動人心或許不亞于科幻暢想。

2009年9月9日，貴州省政府與中科院現(xiàn)場會商，就征地拆遷安置、進場道路、望遠鏡協(xié)調(diào)區(qū)保障、高速公路規(guī)劃等問題取得共識，倒推工期確保高效建設(shè)。

人類“天眼”開在中國貴州

自20世紀30年代美國貝爾實驗室的楊斯基開創(chuàng)射電天文學以來，近代天文學重大發(fā)現(xiàn)的基于此。這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)造就了三個諾貝爾物理學獎。FAST這個21世紀的射電望遠鏡，又將帶來什么?

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告訴《瞭望東方周刊》：“人類的夢想之一，就是在電波環(huán)境徹底破壞之前，真正看一眼初始宇宙，弄清宇宙結(jié)構(gòu)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(xiàn)這一夢想?！?/p>

他解釋說，光和廣播電視信號都是以光速傳播的電磁波，區(qū)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。

然而，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，“看”到的越多。

目前世界上最大的射電望遠鏡位于波多黎各，直徑305米。此次建造的500米口徑射電望遠鏡，接收面積相當于30個足球場大小，外形與衛(wèi)星天線相似，與號稱“地面最大機器”的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高了10倍。與被評為“人類20世紀十大工程”之首的美國300米望遠鏡相比，綜合性能提高了約10倍。FAST建成之后，將保持世界領(lǐng)先地位二三十年。

中國科學院國家天文臺FAST工程辦公室副主任張海燕介紹說，F(xiàn)AST作為一個多學科基礎(chǔ)研究平臺，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代天體。能用一年時間發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)；發(fā)現(xiàn)中子星——黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質(zhì)量；通過精確測定脈沖星到達時間來檢測引力波；發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實現(xiàn)銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破；還可用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明等。

天然“鍋架”好架“鍋”

如一個巨型天坑的大窩凼，是隱藏在貴州群山深處的一片天然洼地，這里只居住著12戶人家。在當?shù)厣盍?8年的楊朝禮老人做夢也沒想過，這個讓全世界天文學家心潮澎湃的能尋找“外星人”的神秘大家伙，居然要“落戶”在這里。

為了確定這處獨一無二的大射電望遠鏡探測基地，自1994年提出項目建設(shè)規(guī)劃后，科學家們苦苦搜尋、反復論證研判了近10年才得以確認。

2005年夏，國際射電望遠鏡項目選址委員會成員從阿姆斯特丹乘飛機抵達上海，轉(zhuǎn)乘火車到貴陽，再乘汽車來到貴陽以南約170公里的大窩凼。

“這是一個種植水稻的村子，綠包的小塊田地緊湊地排列著，”委員會成員羅伯·米勒納在他的博客中描寫道，“景色令人敬畏!”

不難理解，一個500米口徑的“大鍋”要在支架上轉(zhuǎn)動起來是多么困難。目前世界上最大的能轉(zhuǎn)動的射電望遠鏡是德國的100米鏡。利用自然地形作為支撐，建沒不能轉(zhuǎn)動的大型射電望遠鏡能夠巧妙地解決這個問題。

曾跟隨科考人員多次實地考察的平塘縣委宣傳部主任徐先文告訴本刊：“大窩凼的三座青山呈等腰三角形，三角形中間的洼地就是FAST將要落地的地方。三座山峰每峰間距離是500米左右，形成一個天然‘鍋架，可以將FAST這口吠鍋穩(wěn)穩(wěn)架在上面!望遠鏡建成后將會填滿整個山谷。”

米勒納等人還有一個很重要的任務(wù)，就是考察這里的無線電環(huán)境?！耙惠営^測需要連續(xù)4周每天24小時不間斷地進行?！眹姨煳呐_的研究人員說。在米勒納等人離開后，我國的工作組還要在這里進行至少一年的無線電環(huán)境觀測。

調(diào)頻電臺、電視、手機以及其他無線電數(shù)據(jù)的傳輸，都會對射電望遠鏡的觀測造成干擾，就好像在交頭接耳的會議上你無法聽清發(fā)言者的話一樣。

來中國之前，米勒納先去了南非，離開中國后，他又先后去了澳大利亞和阿根廷。這三個國家都提出了適合建設(shè)大型射電望遠鏡的臺址，它們在同中國競爭。選址工作組將四國的候選臺址考察一遍，就花費了一年時間。

臺址需有一個半徑5公里的“核心區(qū)”，這里不能有手機信號，觀測頻段不允許受到干擾。還有半徑150公里的“協(xié)調(diào)區(qū)”，對無線電環(huán)境也有要求。在四個備選地點中，大凼幽的電磁環(huán)境不是第‘就是并列第一。

為了保持得天獨厚的電磁波環(huán)境，貴州省無線電管理局在FAST項目研究之初，就以大窩凼為中心，規(guī)劃了半徑150公里范圍的射電天文保護區(qū)，以大窩凼為中心，方圓5公里范圍之內(nèi)嚴禁設(shè)置任何無線電發(fā)射設(shè)備。

在澳大利亞，政府在西部設(shè)立了一個25平方公里的“射電天文公園”，這里是澳大利亞希望能夠興建大型射電望遠鏡的地方。

這場國家間的競賽有點類似選秀節(jié)目。中國大窩凼以得天獨厚的地理、地質(zhì)條件和極端寧靜的自然條件，成功晉級。

“大窩凼不僅具有一個天然洼地可以架設(shè)望遠鏡，而且喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下滲透，而不在表面淤積，腐蝕和損壞望遠鏡?！睆埡Ｑ嗾f。

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(shù)據(jù)下行速率提高100倍。脈沖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沖星計時陣，為自主導航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。它可以作為被動戰(zhàn)略雷達為國家安全服務(wù)，還可服務(wù)于太空天氣預(yù)報。

FAST研究涉及眾多高科技領(lǐng)域，如天線制造、高精度定位與測量、高品質(zhì)無線電接收機、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、海量數(shù)據(jù)存儲與處理等。FAST關(guān)鍵技術(shù)成果可應(yīng)用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動態(tài)測量、大型工業(yè)機器人研制以及多波束雷達裝置等。

FAST的建設(shè)經(jīng)驗，將對我國制造技術(shù)向信息化、極限化和綠色化的方向發(fā)展產(chǎn)生影響。

“中國眼”高手林立

近年來中國天文望遠鏡發(fā)展迅速，進展頻頻令世界矚目。除了FAST，還有許多在建或新近投入使用的中國望遠鏡，將分擔人類探索宇宙的任務(wù)。

光學光譜包含著遙遠天體豐富的物理信息，這些光線就如同生物體的DNA，標識著天體的組成成分及與我們的距離。然而，迄今記錄下來的數(shù)以百億計的各類天體中，只有很小一部分進行過光譜觀測。

今年6月正式通過國家竣工驗收的我國自主研制的LAMOST——大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，作為目前國際上天體光譜獲取率最高的望遠鏡，將突破天文研究中的這一瓶頸。這臺巨型望遠鏡上面安裝了十幾臺極高分辨率的數(shù)碼照相機，可以把天體的光譜拍攝下來?？茖W家們不僅可以了解天體的化學構(gòu)成，而且可以知道天體內(nèi)部包括溫度、密度、壓力在內(nèi)的物理條件，以及它們的運行速度和與地球的距離。

天文學家們給這臺望遠鏡的作用定了一個目標，在未來五六年問，做1000萬個天體的光譜——人類至今只記錄下了1130多萬條天體的光譜，而LAMOST將在今后5年中，將這個記錄提高一個數(shù)量級!

南極內(nèi)陸最高點冰穹A氣候條件惡劣，被稱為“人類不可接近之極”，但該處擁有最好的大氣透明度，非常適合建立天文觀測基地。所以，中國第24次南極科考的最主要任務(wù)，是在冰穹A開展天文臺址綜合考察，并安裝我國首架小型光學望遠鏡陣CSTAR進行天文觀測。2008年8月，CSTAR成功觀測南極星空，并開始向國內(nèi)傳回圖像信息。

安裝在國家天文臺明安圖天文基地(臺址在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正鑲白旗明安圖鎮(zhèn))的射電頻譜日象儀，于2008年9月舉行了奠基儀式，它將負責給太陽做“快速CT”，在揭示太陽活動中的能量釋放和粒子加速等基本物理過程、研究太陽活動及其對日地空間環(huán)境和自然災(zāi)害的影響方面，發(fā)揮重要作用。

今年2月，上海天文臺承建的中科院與上海市政府合作項目——65米口徑射電望遠鏡系統(tǒng)工程正式啟動。該架望遠鏡的終端核心部分將由上海天文臺自主研發(fā)。據(jù)上海天文臺負責人介紹，這架望遠鏡選址上海天文臺松江佘山基地，計劃于2012年年底建成，屆時籽成為亞洲最大、國際先進的可轉(zhuǎn)動的大型射電望遠鏡。它將在我國探月二期和三期工程中執(zhí)行定位“嫦娥”的任務(wù)。

而在973計劃支持下的中國首臺太空望遠鏡，目前各項關(guān)鍵技術(shù)問題都已經(jīng)解決，同比例的樣機也已經(jīng)完成。

中國首臺空間天文望遠鏡和美國的“哈勃”望遠鏡不同，它不是光學望遠鏡，而是一臺“硬x射線調(diào)制望遠鏡”。硬x射線比軟x射線波長短，透視能力更強。醫(yī)院用來做胸透的是軟x射線，而鐵路系統(tǒng)等用來檢查貨物的是硬x射線。

這臺超級望遠鏡可能將于2012年左右發(fā)射升空?！爸袊邸睒O有可能趕在歐美下一代黑洞探測衛(wèi)星之前，發(fā)現(xiàn)黑洞和其他大質(zhì)量天體。