王　麗　顧佳赟

4年前，在美國(guó)佛州奧蘭多市舉行的“光學(xué)工程國(guó)際協(xié)會(huì)”研討會(huì)上，一位天文學(xué)家說(shuō)：“從理論上說(shuō)，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(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)外星人的星球，就能夠接收得到。而如果真的接收到從遙遠(yuǎn)星際發(fā)送來(lái)的信號(hào)，必將為宇宙中存在生命提供直接而有力的證據(jù)?！?/p>

這個(gè)科幻夢(mèng)想或許將在-中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)。

投資7.3億元、世界迄今最大單口徑射電望遠(yuǎn)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(dòng)，預(yù)計(jì)工期5年半。

在貴州“筑巢引鳳”，是為了爭(zhēng)取國(guó)際最大規(guī)模的射電望遠(yuǎn)鏡合作計(jì)劃來(lái)華。中科院院士、原國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)副主席葉叔華不久前在上?？萍拣^演講時(shí)透露。

據(jù)他介紹，1993年，國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟中10個(gè)國(guó)家提議合作造一個(gè)最大的射電望遠(yuǎn)鏡，要求望遠(yuǎn)鏡的接受面積是一平方公里，該科學(xué)項(xiàng)目名為SKA。目前，全球至少有6個(gè)國(guó)家提出了相關(guān)方案，包括南非、澳大利亞等國(guó)。SKA計(jì)劃究竟“花落誰(shuí)家”，今年有望揭曉。

按照規(guī)劃，SKA將于2020年建成。一位天文學(xué)工作者笑稱(chēng)：“如果說(shuō)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(gè)解碼器。”

實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)而的激動(dòng)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(chǎng)會(huì)商，就征地拆遷安置、進(jìn)場(chǎng)道路、望遠(yuǎn)鏡協(xié)調(diào)區(qū)保障、高速公路規(guī)劃等問(wèn)題取得共識(shí)，倒推工期確保高效建設(shè)。

人類(lèi)“天眼”開(kāi)在中國(guó)貴州

自20世紀(jì)30年代美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的楊斯基開(kāi)創(chuàng)射電天文學(xué)以來(lái)，近代天文學(xué)重大發(fā)現(xiàn)的基于此。這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)造就了三個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。FAST這個(gè)21世紀(jì)的射電望遠(yuǎn)鏡，又將帶來(lái)什么?

國(guó)際天文學(xué)會(huì)第十部副主席、國(guó)家射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目首席科學(xué)家南仁東博士告訴《瞭望東方周刊》：“人類(lèi)的夢(mèng)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(yuǎn)鏡才能幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想?！?/p>

他解釋說(shuō)，光和廣播電視信號(hào)都是以光速傳播的電磁波，區(qū)別只在波長(zhǎng)。千百年來(lái)人類(lèi)只是通過(guò)可見(jiàn)光波段觀測(cè)宇宙，而實(shí)際上天體的輻射覆蓋整個(gè)電磁波段。射電望遠(yuǎn)鏡是接收天體射出的無(wú)線電波的望遠(yuǎn)鏡。

然而，天體輻射的電磁波極其微弱，70年來(lái)所有射電天文望遠(yuǎn)鏡收集的能量，甚至翻不動(dòng)一頁(yè)書(shū)。所以，科學(xué)家希望擁有更大的射電望遠(yuǎn)鏡，原因很簡(jiǎn)單——望遠(yuǎn)鏡越大，“看”到的越多。

目前世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡位于波多黎各，直徑305米。此次建造的500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，接收面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)大小，外形與衛(wèi)星天線相似，與號(hào)稱(chēng)“地面最大機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，靈敏度提高了10倍。與被評(píng)為“人類(lèi)20世紀(jì)十大工程”之首的美國(guó)300米望遠(yuǎn)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(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)FAST工程辦公室副主任張海燕介紹說(shuō)，F(xiàn)AST作為一個(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺(tái)，有能力將中性氫觀測(cè)延伸至宇宙邊緣，觀測(cè)暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代天體。能用一年時(shí)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(wú)需依賴(lài)模型精確測(cè)定黑洞質(zhì)量；通過(guò)精確測(cè)定脈沖星到達(dá)時(shí)間來(lái)檢測(cè)引力波；發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實(shí)現(xiàn)銀河系外第一個(gè)甲醇超脈澤的觀測(cè)突破；還可用于搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號(hào)，尋找地外文明等。

天然“鍋架”好架“鍋”

如一個(gè)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(dāng)?shù)厣盍?8年的楊朝禮老人做夢(mèng)也沒(méi)想過(guò)，這個(gè)讓全世界天文學(xué)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(dú)一無(wú)二的大射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)基地，自1994年提出項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃后，科學(xué)家們苦苦搜尋、反復(fù)論證研判了近10年才得以確認(rèn)。

2005年夏，國(guó)際射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目選址委員會(huì)成員從阿姆斯特丹乘飛機(jī)抵達(dá)上海，轉(zhuǎn)乘火車(chē)到貴陽(yáng)，再乘汽車(chē)來(lái)到貴陽(yáng)以南約170公里的大窩凼。

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

不難理解，一個(gè)500米口徑的“大鍋”要在支架上轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)是多么困難。目前世界上最大的能轉(zhuǎn)動(dòng)的射電望遠(yuǎn)鏡是德國(guó)的100米鏡。利用自然地形作為支撐，建沒(méi)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的大型射電望遠(yuǎn)鏡能夠巧妙地解決這個(gè)問(wèn)題。

曾跟隨科考人員多次實(shí)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(gè)天然‘鍋架，可以將FAST這口吠鍋穩(wěn)穩(wěn)架在上面!望遠(yuǎn)鏡建成后將會(huì)填滿整個(gè)山谷?！?/p>

米勒納等人還有一個(gè)很重要的任務(wù)，就是考察這里的無(wú)線電環(huán)境?！耙惠営^測(cè)需要連續(xù)4周每天24小時(shí)不間斷地進(jìn)行?！眹?guó)家天文臺(tái)的研究人員說(shuō)。在米勒納等人離開(kāi)后，我國(guó)的工作組還要在這里進(jìn)行至少一年的無(wú)線電環(huán)境觀測(cè)。

調(diào)頻電臺(tái)、電視、手機(jī)以及其他無(wú)線電數(shù)據(jù)的傳輸，都會(huì)對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)造成干擾，就好像在交頭接耳的會(huì)議上你無(wú)法聽(tīng)清發(fā)言者的話一樣。

來(lái)中國(guó)之前，米勒納先去了南非，離開(kāi)中國(guó)后，他又先后去了澳大利亞和阿根廷。這三個(gè)國(guó)家都提出了適合建設(shè)大型射電望遠(yuǎn)鏡的臺(tái)址，它們?cè)谕袊?guó)競(jìng)爭(zhēng)。選址工作組將四國(guó)的候選臺(tái)址考察一遍，就花費(fèi)了一年時(shí)間。

臺(tái)址需有一個(gè)半徑5公里的“核心區(qū)”，這里不能有手機(jī)信號(hào)，觀測(cè)頻段不允許受到干擾。還有半徑150公里的“協(xié)調(diào)區(qū)”，對(duì)無(wú)線電環(huán)境也有要求。在四個(gè)備選地點(diǎn)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(dú)厚的電磁波環(huán)境，貴州省無(wú)線電管理局在FAST項(xiàng)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(hù)區(qū)，以大窩凼為中心，方圓5公里范圍之內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)置任何無(wú)線電發(fā)射設(shè)備。

在澳大利亞，政府在西部設(shè)立了一個(gè)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(yuǎn)鏡的地方。

這場(chǎng)國(guó)家間的競(jìng)賽有點(diǎn)類(lèi)似選秀節(jié)目。中國(guó)大窩凼以得天獨(dú)厚的地理、地質(zhì)條件和極端寧?kù)o的自然條件，成功晉級(jí)。

“大窩凼不僅具有一個(gè)天然洼地可以架設(shè)望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡?！睆埡Ｑ嗾f(shuō)。

FAST將把我國(guó)空間測(cè)控能力由地球

同步軌道延伸至太陽(yáng)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(dá)時(shí)間測(cè)量精度由目前的120納秒提高至30納秒，成為國(guó)際上最精確的脈沖星計(jì)時(shí)陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。它可以作為被動(dòng)戰(zhàn)略雷達(dá)為國(guó)家安全服務(wù)，還可服務(wù)于太空天氣預(yù)報(bào)。

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(cè)量、高品質(zhì)無(wú)線電接收機(jī)、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(chǔ)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(dòng)態(tài)測(cè)量、大型工業(yè)機(jī)器人研制以及多波束雷達(dá)裝置等。

FAST的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將對(duì)我國(guó)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(guó)眼”高手林立

近年來(lái)中國(guó)天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)展迅速，進(jìn)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(guó)望遠(yuǎn)鏡，將分擔(dān)人類(lèi)探索宇宙的任務(wù)。

光學(xué)光譜包含著遙遠(yuǎn)天體豐富的物理信息，這些光線就如同生物體的DNA，標(biāo)識(shí)著天體的組成成分及與我們的距離。然而，迄今記錄下來(lái)的數(shù)以百億計(jì)的各類(lèi)天體中，只有很小一部分進(jìn)行過(guò)光譜觀測(cè)。

今年6月正式通過(guò)國(guó)家竣工驗(yàn)收的我國(guó)自主研制的LAMOST——大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，作為目前國(guó)際上天體光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡，將突破天文研究中的這一瓶頸。這臺(tái)巨型望遠(yuǎn)鏡上面安裝了十幾臺(tái)極高分辨率的數(shù)碼照相機(jī)，可以把天體的光譜拍攝下來(lái)?？茖W(xué)家們不僅可以了解天體的化學(xué)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?xiàng)l件，以及它們的運(yùn)行速度和與地球的距離。

天文學(xué)家們給這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的作用定了一個(gè)目標(biāo)，在未來(lái)五六年問(wèn)，做1000萬(wàn)個(gè)天體的光譜——人類(lèi)至今只記錄下了1130多萬(wàn)條天體的光譜，而LAMOST將在今后5年中，將這個(gè)記錄提高一個(gè)數(shù)量級(jí)!

南極內(nèi)陸最高點(diǎn)冰穹A氣候條件惡劣，被稱(chēng)為“人類(lèi)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(cè)基地。所以，中國(guó)第24次南極科考的最主要任務(wù)，是在冰穹A開(kāi)展天文臺(tái)址綜合考察，并安裝我國(guó)首架小型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡陣CSTAR進(jìn)行天文觀測(cè)。2008年8月，CSTAR成功觀測(cè)南極星空，并開(kāi)始向國(guó)內(nèi)傳回圖像信息。

安裝在國(guó)家天文臺(tái)明安圖天文基地(臺(tái)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(fù)責(zé)給太陽(yáng)做“快速CT”，在揭示太陽(yáng)活動(dòng)中的能量釋放和粒子加速等基本物理過(guò)程、研究太陽(yáng)活動(dòng)及其對(duì)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(tái)承建的中科院與上海市政府合作項(xiàng)目——65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)工程正式啟動(dòng)。該架望遠(yuǎn)鏡的終端核心部分將由上海天文臺(tái)自主研發(fā)。據(jù)上海天文臺(tái)負(fù)責(zé)人介紹，這架望遠(yuǎn)鏡選址上海天文臺(tái)松江佘山基地，計(jì)劃于2012年年底建成，屆時(shí)籽成為亞洲最大、國(guó)際先進(jìn)的可轉(zhuǎn)動(dòng)的大型射電望遠(yuǎn)鏡。它將在我國(guó)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(jì)劃支持下的中國(guó)首臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡，目前各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題都已經(jīng)解決，同比例的樣機(jī)也已經(jīng)完成。

中國(guó)首臺(tái)空間天文望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)的“哈勃”望遠(yuǎn)鏡不同，它不是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，而是一臺(tái)“硬x射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”。硬x射線比軟x射線波長(zhǎng)短，透視能力更強(qiáng)。醫(yī)院用來(lái)做胸透的是軟x射線，而鐵路系統(tǒng)等用來(lái)檢查貨物的是硬x射線。

這臺(tái)超級(jí)望遠(yuǎn)鏡可能將于2012年左右發(fā)射升空?！爸袊?guó)眼”極有可能趕在歐美下一代黑洞探測(cè)衛(wèi)星之前，發(fā)現(xiàn)黑洞和其他大質(zhì)量天體。