地球有了大耳朵

何亮

海倫·凱勒自幼失明失聰，生活在無盡黑暗與寂靜的世界里，所以更能體會“耳聰目明”對生命的可貴，寫下了世人傳頌的《假如給我三天光明》。然而，你能想象得到嗎，我們人類在面對浩瀚的宇宙時，就像海倫·凱勒生活在無聲的世界里一般，從來都是只能遠觀而不可聆聽的。盡管望遠鏡越來越大，越來越靈敏，但它只能讓天文學家“目明”而不能“耳聰”。我們對宇宙的認識一直是寂靜一片。

其實，人類目光所及之外的太空混雜著各種聲音，這些遙遠的聲音在數億年之前甚至更早時發出，仿佛水面上蕩起的時空漣漪，飄搖在宇宙間。這些聲音微弱至極，如雷聲中的蟬鳴，需要特殊的設備才能捕獲。

在我國貴州省平塘縣，一個被稱作“FAST”的“聽天神器”——500米口徑球面射電望遠鏡即將建成，它是長在地球上的一個超級靈敏的大耳朵，不停地分辨宇宙深處傳來的聲音。利用它，科學家們可以不斷地探索宇宙深處的秘密。

天坑里架起超級“大鍋”

當電視收不到信號時，屏幕上不是一片空白，而是雪花閃爍并且發出“刺啦刺啦”的聲響，這其實就是來自太空的射電信號。

射電跟光沒有太大區別，都是電磁波。光，只是能刺激眼睛的一種電磁波。從肉眼看不到的伽馬射線到能將皮膚曬黑的紫外線，從可見光再到紅外線和射電，為了檢測這些電磁波，人類發明了各種各樣的望遠鏡。

FAST射電望遠鏡就是其中之一。它的工作原理跟接收衛星信號的“天線鍋”是一回事，通過“鍋”的反射聚焦，把幾平方米到幾千平方米的信號都聚攏到一個點上。

為了能更清晰準確地辨認信號傳來的方位，天文學家想出一個辦法，就是讓許多“天線鍋”對準同一個目標，通過對比得出結果。但是想接收更微弱的信號，唯一的辦法就是把“天線鍋”造得更大。

造更大的“天線鍋”談何容易！“大鍋”必須要有“頭發絲粗細”的精度，但在平地上建百米以上的“天線鍋”，光是自重就會造成變形。一陣風吹來，“大鍋”也會受到影響。于是，有天文學家提出了新的思路：在喀斯特地形中常見的“天坑”里造“鍋”。

我們從遙感地圖上可以看到，中國西南地區有無數個喀斯特地貌的凹坑，但選出一個形狀最圓、深度和尺寸恰到好處的坑為FAST安家落戶，就耗費了中外科學家十多年的時間。最終，云貴高原上的一個圓形洼地——大窩凼（dàng），成了最有力的競爭者。它的周圍有三座山峰，每兩座之間的距離都在500米左右，中間的洼地猶如一個天然的“鍋架”，剛好穩穩地盛下FAST這口“大鍋”。

科學家解釋道，“凼”是水在石灰巖上削出來的直徑幾百米的水坑，底部都會有一個至少浴缸大小的水洼，積水可以從坑底滲透出去，不至于淤積和危害天線。而且，如果不依托天坑建這口“大鍋”，不光造價承擔不起，也無法滿足精度的要求。

大山深處的精確定位

云貴高原地處中國大陸的西南邊陲，人煙稀少，大窩凼附近也都是電波稀少的自然村落。鉆過幾百米的漆黑山洞，一座世外桃源出現在眼前。天坑底部種著蔬菜和莊稼，幾棟木房子散落其間，萬籟無聲，令人心曠神怡。射電望遠鏡正需要這么一處靜土。科學家們希望盡量減少周邊人類活動，因為最靈敏的天線相當于最嬌弱的耳膜。中國的天文學家打了個比方：在月亮上打手機，FAST也能聽得一清二楚。

為了避免人為制造電磁干擾，未來在FAST現場工作的科學家需要控制電器的使用。監聽中心要設在兩道山之外，獲取的信號通過光纖傳輸到監聽中心，再傳到外界，全程不能使用無線裝置，以保持絕對的電波靜默。

除了安靜，FAST的另一個挑戰是將超大望遠鏡的鋼架、索網、接收器等每一個部分的位移都控制在毫米級別。不然，望遠鏡就無法監聽到宇宙中微弱的射電信號。

FAST的“天線鍋”在工作時，具有“變形金剛”的能力！它的鋼索網聯系著邊框以及天坑中的2000多個小電機，這些電機相互配合，就像水手扯動纜繩控制風帆的朝向一樣，控制著鋼索網的形狀，來轉換天線的方向。而在索網的上空，高高懸掛著一個類似于神舟飛船大小的信號接收裝置，里邊裝著世界上最金貴的接收器。這個接收器內部有六條伸縮“腿”，負責把覆蓋30個足球場面積的信號，聚集在藥片大小的空間里。

比起現在世界上非常領先的“埃菲爾斯伯格”望遠鏡（德國于1972年建成，性能先進，率先在毫米波段觀測到脈沖星的輻射），FAST的靈敏度將提高10倍。這意味著，遠在百億光年外的射電信號，FAST也有可能聽到。

豎起耳朵監聽外星生命

在靜謐的云貴高原裝一個靈敏的大耳朵，人類用它來干什么呢？沒錯，就是要尋找“一黑二暗三起源”的故事。

“一黑二暗三起源”是科學家經常使用的俗語，用來形容天文望遠鏡的科學使命。一黑是指黑洞，二暗是指暗物質和暗能量，三起源指的就是天體、宇宙和生命的起源。

FAST能探測宇宙中遙遠的信號、物質，比如發現更多的脈沖星。這種星星是在1976年被發現的，因為它總是發出規律的信號，一開始被科學家誤認為是外星人。現在，科學家們普遍認為，已發現的脈沖星是一種高速旋轉的中子星，就像海邊的燈塔，旋轉的光柱掃過地球。已經被偵測到的脈沖星都在銀河系內，而在銀河系之外，想必還有更多奇特的脈沖星等著人類去了解。

FAST還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團的運動。本來我們從遠處是察覺不到中性氫的存在的，但是當中性氫中的電子磁極罕見地倒轉了，一種微弱的電磁波就跑了出來。FAST有能力捕捉這種電磁波，從中獲得星系之間互相“打鬧”的細節，為揭示宇宙怎樣逐漸長成現在的模樣提供線索。

如果幸運，FAST還將嘗試接收外星生命發來的電波。如果宇宙中的生命體或者高智商的外星人真的存在，那么一二十年后，他們放出的信號被地球監聽到，那肯定是FAST的功勞。