FAST落户贵州 巡天遥看一千河

　　近2300年前,伟大的诗人屈原在惊世之作《天问》中发出他想象瑰奇的宇宙之思,“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?冥昭瞢暗,谁能极之?”

　　1958年7月1日,毛泽东在七律《送瘟神》中写下这两句名诗,“坐地日行八万里,巡天遥看一千河。”

　　2016年,中国天文史浓墨重彩的一笔在贵州大地上谱写,那就是500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter　Aperture　Spherical　radio　Telescope,缩写为FAST)将于7月竣工。

　　FAST是做什么用的?国家天文台的科学家这样介绍说,“它的研究涵盖广泛的天文学内容,从宇宙初始混浊、暗物质暗能量与大尺度结构,星系与银河系的演化,恒星类天体,到太阳系行星与邻近空间事件等的观测研究,它都具有非此莫属的竞争力。”

　　我们会找到更多能源矿产来满足生产需要吗?我们会发现另一个适合人类居住的星球吗?我们会发现外太空生命吗?FAST,在寻找上述答案的征途上迈出了重要一步。

　　主动作为上马FAST

　　射电天文学诞生于20世纪30年代初。1932年,美国无线电工程师卡尔·央斯基(Karl　Guthe　Jansky)用无线电天线探测到了来自银河系中心(人马座方向)的射电辐射,人类打开了传统光学波段之外进行天文观测的第一个窗口。

　　而贵州FAST项目,一波三折,“成如容易却艰辛,看似寻常最奇崛。”从概念的提出,到选址,再到建设,以及将于今年9月投入使用,FAST前后历时23年,其中凝结着无数人的心血与汗水。十年磨一剑,绝非虚言。

　　1993年,在国际无线电科联日本京都大会上,中国和澳、加、法、德等天文学家一道联合倡议,筹划建造接收面积为1平方公里的巨型射电望远镜(SKA),它的灵敏度将比目前世界上最大的望远镜高2个数量级。

　　中国科学家提出的方案是,利用中国贵州喀斯特洼地建造球反射面即阿雷西博型天线阵,由三十几面口径的约300米的球面天线组成,它将分布于方圆数百公里的范围内。

　　遗憾的是,这个方案没有被接受。但中国科学家并没有就此停步,而是积极作为,主动作为,提出独立研制一台新型的喀斯特单元,即500米口径球面射电天文望远镜。

　　1994年4月,FAST项目启动贵州选址工作,开始了长达13年的预研究；

　　2007年7月10日,FAST项目被发改委列入国家高技术产业发展项目计划；

　　2008年12月,举行了FAST工程奠基典礼；

　　2011年3月25日,在中国科学院和贵州省人民政府联合批复项目开工报告后,FAST工程正式开工建设,工期5年半。

　　说到FAST的由来,不可忽视的是,主动作为,有为才有位。中国的FAST比SKA提前一二十年建成。中国的成就不仅引起了国际同行的尊重,而且使中国成为SKA项目候选地的重要合作伙伴。

　　澳大利亚联邦科工业组织与国家天文台签署了一份关于为FAST项目提供服务的协议,研究建造一个能同时观测天空的19个区域的先进的射电接收器。

　　SKA主要成员国南非国家研究基金会副首席执行官Nithaya　Chetty在参观FAST时说,“SKA是世界最大的在建综合孔径射电望远镜,FAST是世界上最大的在建单口径射电望远镜,两者在天文方面有合作的空间。”

　　为什么是贵州大窝凼

　　为什么科学家提出贵州喀斯特概念?为什么最终落户平塘大窝凼?

　　射电望远镜的球反射面外形是选址的首要因素。一方面,天坑正好适合安放这个巨大的“锅”；另一方面,如果不依托天坑,支撑大射电望远镜的钢架就得拔地而起,不光造价承担不起,也无法达到精度要求。

　　何处安放FAST?科学家在全国范围内寻找,而重点是西南,西南的重点是贵州。谁是最佳天坑?这是一场艰难的“选秀”。最终,大窝凼脱颖而出。

　　1994年,中国科学院遥感应用研究所的专家团队利用遥感技术、地理信息系统、现场测试与室内分析测试相结合的方法,建立了391个候选洼地的地形地貌数据库,随后精选出90多个。

　　在这一轮的选址中,贵州省内普定县和平塘县均有多处洼地入选,甘肃、新疆、云南、广西等省也发现了符合基本条件的洼地。

　　好事多磨,有心,有恒心,才能成功。第一轮选址没有确定FAST台址。2002年9月,贵州科技厅等相关部门负责人与国家天文台协商,希望由贵州主持第二轮选址。随后,相关部门达成共识,组成了由原贵州工业大学宋建波教授为负责人,刘宏、王文俊、向喜琼等博士、博士后为主要成员的选址团队。

　　踏遍青山人未老。贵州选址团队在四年时间里,收集了贵州区域地质、水文地质、地震地质、气候气象等大量资料,从全省众多的喀斯特洼地中筛选743个喀斯特峰丛洼地作为备选台址,从中初选出82个集中分布于黔南州、黔西南州、安顺市的洼地。普定和平塘曾经一度有过激烈的竞争,但通过软件模拟测评和实地考察评估,平塘大窝凼排名第一。

　　之所以选址“大窝凼”有三方面原因,一是地貌最接近FAST的造型,工程开挖量最小；二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜；三是射电望远镜需要一处“静土”,“大窝凼”附近5千米半径之内没有一个乡镇,25千米半径之内只有一个县城,无线电环境理想。

　　FAST项目副经理、黔南州副州长彭勃还记得,自己第一次去平塘是1994年,“鬼斧神工的大窝凼天坑,第一眼就打动了我”。

　　如果说,中国上马FAST项目,是中国科学家积极主动的结果；那么,FAST落户贵州,再一次说明贵州和平塘积极主动争取的重要性。

　　唯大为远

　　眺望百亿光年之外

　　全世界已经有很多探测外星球的基地,为什么FAST格外引人关注?它的独特性在于,大!大到世界第一!是迄今为止人类建造的最大单口径射电望远镜!

　　它有多大呢?FAST的直径是500米,等于一里路的长度。周长约1.6公里,绕走一圈约要40分钟。它的反射面总面积约25万平方米,接收面积相当于近30个足球场。

　　有人说看上去像个大铁锅,而普通家庭炒锅直径30厘米,那么,它等于1667个炒锅联成一排。

　　那么,大的意义在哪里呢?纯粹是为了炫耀,无聊比大吗?答案是否定的。国家天文台FAST工程技术人员介绍说,探听地球之外的音讯,“天眼”的能力和其大小息息相关。简单来说,眼睛越大,看得越远。

　　中国“天眼”的视野有多远?据专家介绍,哪怕是远在百亿光年外的射电信号,中国“天眼”也有可能捕捉到,还可能发现高红移的巨脉泽星系,实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破；用于搜寻识别可能的星际通讯信号,寻找地外文明等等。

　　尤其特殊的是,这只“天眼”并非“死眼”,如同人类转动自己的眼珠,它可以随着天体的移动自动变化,采集天体发射的无线电波。

　　中国“天眼”的灵敏度,是号称“地面最大的机器”德国埃菲尔斯伯格100米口径望远镜的10倍,是人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米口径射电望远镜的2.25倍。在未来20至30年,这座射电望远镜将保持世界一流地位。

　　国家天文台副台长、FAST工程常务副总指挥郑晓年强调,中国“天眼”有能力巡视宇宙中的中性氢、探测星际分子、观测脉冲星、搜寻星际通讯信号。 FAST作为一个多学科基础研究平台,能用一年时间发现约7000颗脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律；有希望发现奇异星和夸克星物质；发现中子星——黑洞双星,无需依赖模型精确测定黑洞质量；通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波；作为最大的台站加入国际甚长基线网,为天体超精细结构成像。

　　有外媒评价,这架绰号“天眼”的巨型望远镜为中国已经雄心勃勃的太空计划又增添了令人印象深刻的一笔,而且是能够改变人类观测宇宙方式的一笔。

　　有一个数据可以说明,它的意义何其重大。诺贝尔奖历史上明确基于天文观测的10项获奖成果中有6项都出自射电望远镜,如脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子等重要天文发现,射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。

　　多年来,中国的科学家总是用别人的二手数据,即使做了研究也很难出彩。FAST将弥补中国在观测领域的不足,在射电天文学领域的地位,中国从“追赶”跨越到“领先”。