觀天巨眼

〇吾 悅

觀天巨眼

〇吾 悅

2016年9月，目前世界上口徑最大、最具威力的觀天巨眼——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）在我國貴州省平塘縣正式完工。它將在未來探測宇宙中的遙遠信號和物質，實現對宇宙物質成分和演化歷史最基本的理解，滿足人類對于未知宇宙的好奇心，探索宇宙深處的奧秘等方面發揮重大作用。

浩瀚的宇宙隱藏著無數的秘密，吸引著我們不斷探索。為了能向宇宙看得更遠，“傾聽”來自宇宙更多的“聲音”，發現宇宙更多的秘密，我們發明了望遠鏡。地球大氣層留給人類探索宇宙兩個窗口，一個是光學，一個是射電。對天文學家來說，如果光學望遠鏡是顯微鏡，那么射電望遠鏡就是CT機，可以獲得天體的超精細結構。為了獲得更多來自宇宙的無線電信號，甚至能夠閱讀到宇宙邊緣的信息，我們需要大口徑的射電望遠鏡。

最近中國完成世界上最大和最具威力的單口徑射電望遠鏡FAST的組裝。專家介紹，FAST的主要目標是探測宇宙中的遙遠信號和物質，再開展從宇宙起源到星際物質結構的探討，對暗弱脈沖星及其他暗弱射電源的搜索，高效率開展對地外理性生命的搜索等方面實現科學和技術的重大突破。

FAST首個應用科學研究是尋找和研究宇宙中的脈沖星。脈沖星就像天體物理實驗室，可以研究一些特殊天體物理和宇宙演化現象。如果發現脈沖星與黑洞組成的雙星系統，科學家可以利用脈沖星去研究黑洞周圍時空。此外，脈沖星也是非常精準的時鐘，對于深空探測具有重要意義。

看過《三體》的人可能都會好奇，這個超級望遠鏡是否能像小說中所描述的那樣，幫助人類盡早搜尋到地外文明呢？科學家表示，雖然FAST并不能發射信號給宇宙中

或許存在的高等智慧生物，但是它超強的靈敏度卻可以將人類搜尋外星文明能力提升到前所未有的高度。

小鏈接：射電望遠鏡與射電天文學

千百年來，人類只是通過可見光波段觀測宇宙，而自從發現了無線電之后，科學家意識到宇宙中天體的輻射覆蓋了整個電磁波段。由于無線電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無法通過的星際塵埃介質，因而通過觀測射電信號可以幫助人類探知更遙遠的未知宇宙。

20世紀60年代天文學取得了四項非常重要的發現：脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子，被稱為“四大發現”，這四項發現都與射電望遠鏡有關。諾貝爾獎歷史上基于天文觀測的10項獲獎成果中有6項都出自射電望遠鏡，可以說，現代射電天文學已成為諾貝爾獎的搖籃。

射電望遠鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠鏡。射電望遠鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠鏡，有能夠全方位轉動的類似衛星接收天線的射電望遠鏡，有射電望遠鏡陣列，還有金屬桿制成的射電望遠鏡。

射電望遠鏡最重要的指標參數就是靈敏度。靈敏度越高，望遠鏡探測微弱無線電的能力越強。而要想提高靈敏度，就需要擴大射電望遠鏡的口徑。FAST的口徑達到了世界之最——500米，其總面積為25萬平方米，相當于30個標準足球場那么大。理論上說，FAST能接收到137億光年以外的電磁信號，這個距離接近于宇宙的邊緣。

當FAST觀測天體時，會隨著天體的方位變化，在其500米的球冠狀主動反射面上實時形成一個300米直徑的瞬時拋物面，并通過這個300米的拋物面來匯聚電磁波。如果把FAST比作一只巨大的眼睛，那么這只巨眼的眼球直徑就有500米，而負責接收光線的眼珠直徑就有300米。FAST就是靠這個巨大靈活的眼珠來匯聚電磁波、觀測深空。

FAST的設計目標，是把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間里，否則，就無法監聽到宇宙中微弱的射電信號。500米的結構，處處都是頭發絲般毫米級的精度要求。用來編織索網的7000多根手臂般粗細的鋼纜，每根的加工精度都被控制在1毫米以內；最終的500米口徑的天線精度是3個毫米，每一塊小面板的制造精度是1.5個毫米。

“從技術到材料，基本上都是國產化，既是中國制造，更是中國創造。”FAST工程總工藝師王啟明說，中國大射電望遠鏡創造了很多奇跡，更體現了我國自主創新能力。中國擁有FAST的自主知識產權，相比于前輩射電望遠鏡，FAST射電望遠鏡的創新就是主動接受電磁波。

多年來，中國科學家一直依靠國外的射電望遠鏡收集數據，也就是“二手”的觀測數據。FAST望遠鏡落成之后，中國科學家將有機會第一時間獲取最新的數據，大大增強深空觀測能力。

此外，FAST建成使用，還可以將我國空間測控能力由月球同步軌道延伸到太陽系邊緣，為我國火星探測等深空研究奠定重要基礎。

半個多世紀以來，全世界所有射電望遠鏡收集的能量尚翻不動一頁紙，中國大射電望遠鏡的加盟將大大加快這一速度，這也意味著我們解讀宇宙深處奧秘的信息量將大大增加。