FAST望遠(yuǎn)鏡主體完工：貴州群山中的“觀天巨眼”睜開

FAST真名叫“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope， FAST)”，是目前世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，今日完成安裝的主動(dòng)反射面是FAST望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分，共有4450塊的反射面板單元，總重量超過2000噸，反射面總面積約25萬平方米，相當(dāng)于近30個(gè)足球場，其工程量之大由此可見，是我國目前最大的天文工程。

FASTast望遠(yuǎn)鏡建成后將超過全球現(xiàn)役最大球面射電望遠(yuǎn)鏡——300米口徑的阿雷西博(Arecibo)，成為世界上最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，靈敏度提高約10倍；與排在阿波羅登月之前、被評(píng)為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國阿雷西博，其綜合性能提高約10倍，將在未來20～30年保持世界一流設(shè)備的地位。

FAST投入使用后，除了巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化，還將觀測脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；甚至可以搜索星際通訊信號(hào)，開展對(duì)地外文明的探索。

1994年就開始的選址工作

1994年4月，F(xiàn)AST項(xiàng)目啟動(dòng)貴州選址工作，開始了為期13年的預(yù)研究；直到2007年7月10日， FAST項(xiàng)目正式立項(xiàng)。

大窩凼‘快鳥’照片

原來的大窩凼住著12戶人家 后來整體搬遷

原本無比靜謐的貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)金科村大窩凼洼地，是專家們先根據(jù)衛(wèi)星遙感影像，對(duì)400多個(gè)備選洼地從形態(tài)特征、水文、地質(zhì)、氣象及電波環(huán)境等諸多方面進(jìn)行初評(píng)，然后又通過計(jì)算機(jī)模擬工程填挖量，從中選出30多個(gè)實(shí)地考察，最后才選中了不大不小，深度合適，形狀很圓，適于施工建設(shè)的“大窩凼”。 這個(gè)天然洼地附近5公里半徑之內(nèi)沒有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，25公里半徑之內(nèi)只有一個(gè)縣城，無線電環(huán)境“相當(dāng)理想”，加上貴州南部喀斯特峰叢洼地的特殊地貌，天坑底部多有暗河和落水洞，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡的底部在暗河基礎(chǔ)上又修了一公里的引水渠，可以保障雨水向下滲透，不會(huì)腐蝕到望遠(yuǎn)鏡。

利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺(tái)址是FAST工程的三項(xiàng)自主創(chuàng)新之一，但這樣有著天然優(yōu)勢的地貌也給項(xiàng)目建設(shè)施工帶來了很大困難，在70度以上的峭壁上鋪設(shè)線路，必須用人力開挖，電纜和巨型設(shè)備也只能靠人力搬運(yùn)，在天坑中建筑空間騰挪不開，為此施工人員用人工把幾十座鋼梁和幾十段框架，一點(diǎn)點(diǎn)搬運(yùn)到恰當(dāng)?shù)奈恢谩?p style="line-height:30px;text-indent:2em;text-align:left">能動(dòng)的“天眼”

FAST的天線鍋反射面口徑500米，基準(zhǔn)狀態(tài)下呈現(xiàn)半徑300米的球面，反射面下有精巧的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為主要支撐結(jié)構(gòu)，這些索網(wǎng)就是反射面“變形”的關(guān)鍵點(diǎn)，F(xiàn)AST索網(wǎng)是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。

反射面索網(wǎng)安裝在格構(gòu)式環(huán)形圈梁上，它有2402250個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，在索網(wǎng)上安裝464500個(gè)反射面單元，節(jié)點(diǎn)下方小電機(jī)控制著6670根主索組成的網(wǎng)，形成了完整的主動(dòng)反射面系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)控制下形成300米口徑瞬時(shí)拋物面的功能。FAST的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)隨著天體的移動(dòng)自動(dòng)變化，把無線電波光聚集到焦點(diǎn)處接收，整個(gè)變形過程由激光定位系統(tǒng)校準(zhǔn)。

別小看這看似簡單的“變形”，它可以讓FASTfast實(shí)現(xiàn)天頂角 40°的天空觀測天區(qū)，相對(duì)全球現(xiàn)役最大球面射電望遠(yuǎn)鏡-300米口徑的阿雷西博(Arecibo)，它的球面不能動(dòng)只能在20°天頂角的工作極限，限制了觀測天區(qū)，特別是限制聯(lián)網(wǎng)觀測能力。“天眼”正是通過這個(gè)天線鍋傾聽來自宇宙的聲音，巨大的天線鍋，將微弱的宇宙電波收集起來，再將收集到的信號(hào)匯聚到具有極高靈敏性的接收系統(tǒng)上，還原、轉(zhuǎn)化、分析。

天眼的瞳孔：核心部件饋源艙

FAST在接收來自宇宙的電波方面的出色能力不僅依靠會(huì)動(dòng)的巨大的反射面，還有個(gè)靈敏的核心部件——饋源艙。

“天眼”的上空，六條400多米的鋼索吊起一個(gè)30噸重類似飛碟的饋源艙，內(nèi)設(shè)精密的接收器接收天線鍋反射的信號(hào)，饋源艙內(nèi)安裝Stewart平臺(tái)(精調(diào)并聯(lián)機(jī)器人)，輔助調(diào)整饋源艙的姿態(tài)角，正式投入使用之后，饋源艙會(huì)隨著探測的需要沿球面中心軸做上下運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)范圍達(dá)200米。

饋源就是天線，用來接收來自宇宙的無線電波，如果把FAST比作一個(gè)天眼，那么饋源艙就相當(dāng)于是瞳孔，起到一個(gè)聚焦的作用。在移動(dòng)過程中，每一部分的位移都要控制在毫米級(jí)，“天眼”才能正常工作。它的定位精度直接決定著整個(gè)FAST望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)收集到的無線電波的多少。

FAST 我們到底為什么要建

半個(gè)多世紀(jì)過去了，所有射電望遠(yuǎn)鏡收集到的能量還不夠翻動(dòng)一頁紙。通過這只“天眼”，人類究竟能發(fā)現(xiàn)什么？

FAST的工程科學(xué)目標(biāo)非常明確

1) 巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化；

2) 觀測脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；

3) 主導(dǎo)國際低頻甚長基線干涉測量網(wǎng)，獲得天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)；

4) 探測星際分子；

5) 搜索可能的星際通訊信號(hào)

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)FAST工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東這樣描述存在于宇宙深處的各種訊息：“宇宙空間混雜各種輻射，遙遠(yuǎn)的信號(hào)像雷聲中的蟬鳴，沒有超級(jí)靈敏的耳朵，根本就分辨不出來。”而“天眼”恰恰具備這樣的非凡本領(lǐng)，哪怕是遠(yuǎn)在百億光年外的射電信號(hào)，它也有可能捕捉到。

首先，F(xiàn)AST能夠發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星。脈沖星是大質(zhì)量恒星演化的最終產(chǎn)物，是中子星的一種。中子星具有和太陽相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，但半徑只有 10-20千米，為會(huì)周期性發(fā)射脈沖信號(hào)的星體，直徑大多為20千米左右，自轉(zhuǎn)極快(自轉(zhuǎn)周期是幾秒甚至幾個(gè)毫秒)，是宇宙中旋轉(zhuǎn)冠軍。目前我們觀測到的約2000顆脈沖星均在銀河系內(nèi)，F(xiàn)AST將對(duì)準(zhǔn)銀河系外去發(fā)現(xiàn)更多奇特的脈沖星，期望找到前所未見的脈沖星現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)突破性的理論。

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)。所謂中性氫，就是宇宙中未聚攏成恒星發(fā)光發(fā)熱的氫原子，是一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子。本 來從遠(yuǎn)處是看不到氫原子的，但質(zhì)子和電子就像旋轉(zhuǎn)的星球一樣有磁極。如果電子磁極罕見地倒轉(zhuǎn)了，一種波長為21厘米的微弱電磁波就跑了出來。

監(jiān)測21厘米波，不僅能判斷出哪里存在大量的中性氫，還可以用來描繪星系之間的交互作用造成的重力擾動(dòng)。FAST觀測中性氫信號(hào)，就能獲知星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié)，還可能發(fā)現(xiàn)早期宇宙中剛剛形成的氫是怎么運(yùn)動(dòng)的，從而為宇宙發(fā)育史提供線索。類似的道理，F(xiàn)AST還能監(jiān)聽到一些太空有機(jī)分子發(fā)出的獨(dú)特電磁波，讓我們更精確地描繪出宇宙圖景。

至于能否發(fā)現(xiàn)外星人傳來的信號(hào)？FAST能從宇宙的今天看到很遠(yuǎn)的地方去，有助揭開宇宙起源之謎，甚至是‘地外文明’，宇宙中的生命體或高智商‘外星人’若存在，他們的產(chǎn)生、遺留之信息，若存在于浩瀚天宇中，有可能會(huì)被FAST探測并接收到。(綜合新華社、科技日?qǐng)?bào)等報(bào)道)

只要完工，就超過老美了。