遙觀宇宙的一口鍋

高峰

這是全世界有史以來最大的一口鍋，重達(dá)數(shù)萬噸，鍋口面積大約相當(dāng)于25個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場的總和。假如用它煮上滿滿一鍋飯，應(yīng)該夠全世界人聚在一起吃個(gè)飽。

當(dāng)然了，這口被科學(xué)家稱為FAST的“超級大鍋”并非為煮飯建造，它是一臺(tái)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，如今正在貴州安裝，預(yù)計(jì)2016年投入使用。這一世界上最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡建成后，可為中國探月工程和進(jìn)一步的深空探測提供支持，并在未來二三十年內(nèi)保持世界領(lǐng)先水平。

“地球天眼”遙觀地外世界

宇宙起源于何處？太古洪荒的盡頭在哪里？人類在浩瀚宇宙中是否孤獨(dú)？自古以來，這些問題便縈繞在人們的心頭。

隨著近代天文學(xué)的發(fā)展，人類對于宇宙的探索逐漸走出了“思想實(shí)驗(yàn)”的階段，然而即便在現(xiàn)在，由于條件的限制，人們對宇宙的探索更多時(shí)候還是采取立足于地球之內(nèi)的對外觀測，故而需要借助天文望遠(yuǎn)鏡這一遙觀宇宙的“天眼”。射電望遠(yuǎn)鏡由于可以探測到來自深空的極其微弱的電波，因而在深空探測中發(fā)揮著不容忽視的作用。

射電天文學(xué)產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)三四十年代，當(dāng)時(shí)美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家用天線陣成功地接收到來自銀河系中心的無線電波。幾年之后，美國另外一個(gè)科學(xué)家在成功接收到宇宙深處的無線電波后，將之繪成第一幅射電天圖，射電望遠(yuǎn)鏡由此誕生。射電天文觀測技術(shù)的提高推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展，脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子等上個(gè)世紀(jì)60年代4個(gè)重大天文學(xué)發(fā)現(xiàn)，都與射電望遠(yuǎn)鏡密切相關(guān)。

與普通光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)鏡是由天線和接收系統(tǒng)等組成的，其顯著的特征就是巨大的天線。盡管沒有長長的鏡簡以及物鏡、目鏡，但是射電望遠(yuǎn)鏡諦聽宇宙的本領(lǐng)并不遜色。就FAST來說，它既不像一般太空望遠(yuǎn)鏡那樣屹立于山頂或南極之巔，也不像“哈勃”望遠(yuǎn)鏡一樣翱翔于太空，而是坐落于貴州一片具有喀斯特地貌特征的洼地之中。從空中看，F(xiàn)AST就像一口巨大的鍋，但是這口“鍋”并不是用來做飯的，而是用來接收宇宙來電的。

射電望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)于一個(gè)巨型的收音機(jī)。通過巨大的天線，射電望遠(yuǎn)鏡將微弱的宇宙電波收集起來，然后將收集到的信號傳輸?shù)骄哂袠O高靈敏性的接收系統(tǒng)上。接收系統(tǒng)在進(jìn)行信號放大以及分離噪音處理后，再通過記錄器將信號轉(zhuǎn)化為曲線。隨后，天文學(xué)家通過分析曲線來獲取來自浩渺太空中的信號。

FAST工程“千呼萬喚始出來”

近年來，隨著天文學(xué)日新月異的發(fā)展，世界范圍內(nèi)對建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡提出了越來越迫切的需求。各國為了占領(lǐng)天文學(xué)高地，競相發(fā)展大口徑射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST也應(yīng)運(yùn)而生。

作為世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST在國內(nèi)和國際天文學(xué)界均備受矚目。

FAST建立的初衷是為了爭取世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡國際合作項(xiàng)目落戶中國，為此，中國決定采取“筑巢引鳳”戰(zhàn)略，在國內(nèi)建設(shè)世界最大射電望遠(yuǎn)鏡。上個(gè)世紀(jì)90年代中期，北京天文臺(tái)和國內(nèi)多所科研院校聯(lián)合成立了大型射電望遠(yuǎn)鏡中國推進(jìn)委員會(huì)，隨后又提出在貴州省平塘縣“大窩凼”洼地建造500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡。選址貴州，一方面是因?yàn)榭梢宰畲笙薅壤每λ固氐孛补?jié)省建設(shè)成本，減少流水對設(shè)備的腐蝕，另一方面是因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐哂休^為安靜的觀測環(huán)境，可以較大限度減少地面電磁干擾。

經(jīng)過漫長的預(yù)研究后，F(xiàn)AST于2007年7月立項(xiàng)，項(xiàng)目總投資6.27億元，預(yù)計(jì)建設(shè)周期5年半。此后沒有過多久，該項(xiàng)目就在貴州正式開工，根據(jù)規(guī)劃有望在2016年前后投入使用。

“千里眼”引領(lǐng)中國天文強(qiáng)國之路

過去十多年，中國在天文觀測領(lǐng)域取得了一些值得稱道的進(jìn)展，如建成世界上口徑最大的大視場望遠(yuǎn)鏡——郭守敬望遠(yuǎn)鏡、開辟南極準(zhǔn)空間天文觀測平臺(tái)、在上海落成亞洲最大的全方位可轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡等。FAST的建成，將進(jìn)一步助推中國從天文大國向天文強(qiáng)國前進(jìn)的步伐。

建成后的FAST與目前國外先進(jìn)設(shè)備相比，將會(huì)超前很多，如與號稱“地面最大的機(jī)器”的德國波恩100米口徑望遠(yuǎn)鏡以及美國Arecibo 300米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST在靈敏度和綜合性能上都有大幅提高。此外，F(xiàn)AST還通過機(jī)器人控制、輕型索電力拖動(dòng)，對重達(dá)萬噸的望遠(yuǎn)鏡鏡面進(jìn)行方向定位，如此一來，望遠(yuǎn)鏡能夠觀察任意一個(gè)太空方位，這也是FAST獨(dú)具特色的地方。

作為一個(gè)多學(xué)科研究平臺(tái)，F(xiàn)AST有能力觀測暗物質(zhì)和暗能量、發(fā)現(xiàn)脈沖星以及奇異星和夸克星物質(zhì)，并可精確測定黑洞質(zhì)量。它不僅可以尋找第一代天體以發(fā)現(xiàn)宇宙起源的秘密，而且可以搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號以尋找地外文明。除此以外，F(xiàn)AST還將大大提高中國空間探測能力，將中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，在深空探測領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。