地球有了大耳朵

何亮

海倫·凱勒自幼失明失聰，生活在無盡黑暗與寂靜的世界里，所以更能體會(huì)“耳聰目明”對(duì)生命的可貴，寫下了世人傳頌的《假如給我三天光明》。然而，你能想象得到嗎，我們?nèi)祟愒诿鎸?duì)浩瀚的宇宙時(shí)，就像海倫·凱勒生活在無聲的世界里一般，從來都是只能遠(yuǎn)觀而不可聆聽的。盡管望遠(yuǎn)鏡越來越大，越來越靈敏，但它只能讓天文學(xué)家“目明”而不能“耳聰”。我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)一直是寂靜一片。

其實(shí)，人類目光所及之外的太空混雜著各種聲音，這些遙遠(yuǎn)的聲音在數(shù)億年之前甚至更早時(shí)發(fā)出，仿佛水面上蕩起的時(shí)空漣漪，飄搖在宇宙間。這些聲音微弱至極，如雷聲中的蟬鳴，需要特殊的設(shè)備才能捕獲。

在我國(guó)貴州省平塘縣，一個(gè)被稱作“FAST”的“聽天神器”——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡即將建成，它是長(zhǎng)在地球上的一個(gè)超級(jí)靈敏的大耳朵，不停地分辨宇宙深處傳來的聲音。利用它，科學(xué)家們可以不斷地探索宇宙深處的秘密。

天坑里架起超級(jí)“大鍋”

當(dāng)電視收不到信號(hào)時(shí)，屏幕上不是一片空白，而是雪花閃爍并且發(fā)出“刺啦刺啦”的聲響，這其實(shí)就是來自太空的射電信號(hào)。

射電跟光沒有太大區(qū)別，都是電磁波。光，只是能刺激眼睛的一種電磁波。從肉眼看不到的伽馬射線到能將皮膚曬黑的紫外線，從可見光再到紅外線和射電，為了檢測(cè)這些電磁波，人類發(fā)明了各種各樣的望遠(yuǎn)鏡。

FAST射電望遠(yuǎn)鏡就是其中之一。它的工作原理跟接收衛(wèi)星信號(hào)的“天線鍋”是一回事，通過“鍋”的反射聚焦，把幾平方米到幾千平方米的信號(hào)都聚攏到一個(gè)點(diǎn)上。

為了能更清晰準(zhǔn)確地辨認(rèn)信號(hào)傳來的方位，天文學(xué)家想出一個(gè)辦法，就是讓許多“天線鍋”對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)目標(biāo)，通過對(duì)比得出結(jié)果。但是想接收更微弱的信號(hào)，唯一的辦法就是把“天線鍋”造得更大。

造更大的“天線鍋”談何容易！“大鍋”必須要有“頭發(fā)絲粗細(xì)”的精度，但在平地上建百米以上的“天線鍋”，光是自重就會(huì)造成變形。一陣風(fēng)吹來，“大鍋”也會(huì)受到影響。于是，有天文學(xué)家提出了新的思路：在喀斯特地形中常見的“天坑”里造“鍋”。

我們從遙感地圖上可以看到，中國(guó)西南地區(qū)有無數(shù)個(gè)喀斯特地貌的凹坑，但選出一個(gè)形狀最圓、深度和尺寸恰到好處的坑為FAST安家落戶，就耗費(fèi)了中外科學(xué)家十多年的時(shí)間。最終，云貴高原上的一個(gè)圓形洼地——大窩凼（dàng），成了最有力的競(jìng)爭(zhēng)者。它的周圍有三座山峰，每?jī)勺g的距離都在500米左右，中間的洼地猶如一個(gè)天然的“鍋架”，剛好穩(wěn)穩(wěn)地盛下FAST這口“大鍋”。

科學(xué)家解釋道，“凼”是水在石灰?guī)r上削出來的直徑幾百米的水坑，底部都會(huì)有一個(gè)至少浴缸大小的水洼，積水可以從坑底滲透出去，不至于淤積和危害天線。而且，如果不依托天坑建這口“大鍋”，不光造價(jià)承擔(dān)不起，也無法滿足精度的要求。

大山深處的精確定位

云貴高原地處中國(guó)大陸的西南邊陲，人煙稀少，大窩凼附近也都是電波稀少的自然村落。鉆過幾百米的漆黑山洞，一座世外桃源出現(xiàn)在眼前。天坑底部種著蔬菜和莊稼，幾棟木房子散落其間，萬籟無聲，令人心曠神怡。射電望遠(yuǎn)鏡正需要這么一處?kù)o土。科學(xué)家們希望盡量減少周邊人類活動(dòng)，因?yàn)樽铎`敏的天線相當(dāng)于最嬌弱的耳膜。中國(guó)的天文學(xué)家打了個(gè)比方：在月亮上打手機(jī)，F(xiàn)AST也能聽得一清二楚。

為了避免人為制造電磁干擾，未來在FAST現(xiàn)場(chǎng)工作的科學(xué)家需要控制電器的使用。監(jiān)聽中心要設(shè)在兩道山之外，獲取的信號(hào)通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)聽中心，再傳到外界，全程不能使用無線裝置，以保持絕對(duì)的電波靜默。

除了安靜，F(xiàn)AST的另一個(gè)挑戰(zhàn)是將超大望遠(yuǎn)鏡的鋼架、索網(wǎng)、接收器等每一個(gè)部分的位移都控制在毫米級(jí)別。不然，望遠(yuǎn)鏡就無法監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號(hào)。

FAST的“天線鍋”在工作時(shí)，具有“變形金剛”的能力！它的鋼索網(wǎng)聯(lián)系著邊框以及天坑中的2000多個(gè)小電機(jī)，這些電機(jī)相互配合，就像水手扯動(dòng)纜繩控制風(fēng)帆的朝向一樣，控制著鋼索網(wǎng)的形狀，來轉(zhuǎn)換天線的方向。而在索網(wǎng)的上空，高高懸掛著一個(gè)類似于神舟飛船大小的信號(hào)接收裝置，里邊裝著世界上最金貴的接收器。這個(gè)接收器內(nèi)部有六條伸縮“腿”，負(fù)責(zé)把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)面積的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里。

比起現(xiàn)在世界上非常領(lǐng)先的“埃菲爾斯伯格”望遠(yuǎn)鏡（德國(guó)于1972年建成，性能先進(jìn)，率先在毫米波段觀測(cè)到脈沖星的輻射），F(xiàn)AST的靈敏度將提高10倍。這意味著，遠(yuǎn)在百億光年外的射電信號(hào)，F(xiàn)AST也有可能聽到。

豎起耳朵監(jiān)聽外星生命

在靜謐的云貴高原裝一個(gè)靈敏的大耳朵，人類用它來干什么呢？沒錯(cuò)，就是要尋找“一黑二暗三起源”的故事。

“一黑二暗三起源”是科學(xué)家經(jīng)常使用的俗語，用來形容天文望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)使命。一黑是指黑洞，二暗是指暗物質(zhì)和暗能量，三起源指的就是天體、宇宙和生命的起源。

FAST能探測(cè)宇宙中遙遠(yuǎn)的信號(hào)、物質(zhì)，比如發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星。這種星星是在1976年被發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)樗偸前l(fā)出規(guī)律的信號(hào)，一開始被科學(xué)家誤認(rèn)為是外星人。現(xiàn)在，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，已發(fā)現(xiàn)的脈沖星是一種高速旋轉(zhuǎn)的中子星，就像海邊的燈塔，旋轉(zhuǎn)的光柱掃過地球。已經(jīng)被偵測(cè)到的脈沖星都在銀河系內(nèi)，而在銀河系之外，想必還有更多奇特的脈沖星等著人類去了解。

FAST還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)。本來我們從遠(yuǎn)處是察覺不到中性氫的存在的，但是當(dāng)中性氫中的電子磁極罕見地倒轉(zhuǎn)了，一種微弱的電磁波就跑了出來。FAST有能力捕捉這種電磁波，從中獲得星系之間互相“打鬧”的細(xì)節(jié)，為揭示宇宙怎樣逐漸長(zhǎng)成現(xiàn)在的模樣提供線索。

如果幸運(yùn)，F(xiàn)AST還將嘗試接收外星生命發(fā)來的電波。如果宇宙中的生命體或者高智商的外星人真的存在，那么一二十年后，他們放出的信號(hào)被地球監(jiān)聽到，那肯定是FAST的功勞。