仰望星空 聆聽蒼穹

摘 要：本文主要探究中國在射電望遠鏡建設領域的非凡成就，通過對中國自主研發的世界最大單口徑射電望遠鏡FAST以及由中國主導、20多國共同參與的世界最大綜合孔徑射電望遠鏡SKA的建造、特點和作用的闡述，突顯中國實施創新驅動戰略取得的累累碩果。

關鍵詞：射電望遠鏡；FAST；SKA；創新驅動

近年來，我國大力實施創新驅動戰略，取得了累累碩果：天宮遨游、蛟龍潛海、天眼望星、悟空探測……中國人不但實現了祖輩們上天入海的夢想，更是把觸角伸向了茫茫宇宙。現代電子、無線電通信、計算機技術的迅猛發展，讓科學家們可以利用射電波（無線電波）探索宇宙的奧秘，射電望遠鏡便脫穎而出了。

一、中國射電望遠鏡的起步

跟美德英澳日等發達國家相比，中國射電望遠鏡發展起步較晚，但自從2012年綜合性能排名亞洲第一、世界第四的全方位可轉動射電望遠鏡在上海天文臺正式落成，“天眼”“天籟”計劃的相繼實施，中國在射電望遠鏡建設領域已取得了非凡的成就。

二、中國射電望遠鏡的成就

（一）中國天眼（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）

2016年9月，中國有史以來最大的天文工程，總投資近12億元人民幣的500米口徑球面射電望遠鏡FAST在貴州竣工試運營。FAST被譽為“中國天眼”，是我國自主建造的世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，從最初概念提出到建成試運行經歷了22年時間，凝聚了無數科學家的智慧與心血。

FAST的重要使命就是探測宇宙，搜索脈沖星、中性氫、宇宙分子和外星文明信號。

尋找新的脈沖星是FAST現階段的首要目標。脈沖星就是有規律發出電磁脈沖信號的旋轉中子星。這種星體是大質量恒星壽命終結時超新星爆發的產物，它體積小得出奇，但密度非常大，假設有一個天平，一端盛上一茶匙的中子星物質，另一端則需要一座高達3000米的山峰才能平衡住。脈沖星轉速快，輻射強，輸出能量相當于1000個太陽。它的自轉具有極其穩定的周期，被譽為自然界最精準的天文時鐘。科學家相信，未來脈沖星可以成為人類在宇宙中航行的燈塔，為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器導航，如此我們就不必擔心航天器找不準方向或者偏離正確軌道了。人類此前發現的2000多顆脈沖星都與中國無關，但FAST才試運行一年多時間，就已經發現并通過國際認證11顆脈沖星了。科學家預測，FAST2019年正式運行后，每年能發現上百顆脈沖星。全世界的射電望遠鏡中，目前只有FAST有這樣的能力。

除了觀測脈沖星，FAST還有兩大科學目標：一是巡視宇宙中性氫。以研究宇宙大尺度物理學，找到宇宙的邊緣，探索宇宙的起源和演化。二是尋找地外文明。2017年FAST已探測到一顆新星球，上面存在液態水和綠色植物的痕跡。隨著功能不斷升級、探測范圍不斷擴大，FAST未來可以接受到137億光年以外的神秘信號，觀察范圍可達到宇宙邊緣。到時候，中國說不定真的會成為第一個發現外星人的國家。

（二）平方千米陣（Square Kilometre Array，簡稱SKA）

盡管FAST具備看得遠、靈敏度高、能看到微弱信號等突出優點，但因FAST口徑太大，視場反而比較小，巡天耗時就會比較長，如果想要盡快把天空看一遍，則應該用口徑小、數量多的射電望遠鏡陣列。大型陣列望遠鏡造價極高，運行耗電極多，數據處理量極大，采用國際合作的模式是一個不錯的選擇，平方千米陣（SKA）就此應運而生。

SKA是由數千個較小探測裝置組成的巨型射電望遠鏡陣列，它采用高頻碟狀、中頻孔徑和低頻孔徑三類天線陣列，分布范圍大于3000公里，形成一個總面積1平方千米的巨大信號采集面。SKA擁有史上最高的圖像分辨率，靈敏度高于任何現存射電望遠鏡50倍以上，并能以高出1萬倍的掃描速度完成巡天掃視。該項目投資達20億美元以上，吸引了20多個國家的約100個組織參與其中，總部設在英國，現已同時在澳大利亞和南非開建。計劃到2020年，SKA的部分陣列將開始進行科學觀測，2030年左右實現完全運行，屆時SKA將有2000多個高中頻反射面天線和孔徑陣列以及一百萬個低頻天線，用以幫助人類探測繪制宇宙地圖，發現遙遠無邊的空間盡頭，解答宇宙起源和演化的基本問題。

2018年2月，由中國主導研制的SKA首臺天線啟動，這標志著中國在SKA核心設備研發中發揮著引領和主導作用。中國作為SKA的10個項目創始國之一，從一開始被看不起，只讓做最基礎的天線座架，到后來憑借成本、性能、技術成熟度和工程可實施性等顯著優勢全面主持主導SKA工程核心技術研發，為世界成功提供“天線解決方案”，體現了中國在射電天文領域的技術邁進和突破，也為中國今后牽頭和主導國際大科學工程積累了豐富經驗。

三、結語

FAST和SKA，一個是能“觀六路”的“中國天眼”，由中國自主研發；一個是能“聽八方”的“世界之耳”，由中國引領主導。兩種射電天文望遠鏡功能互補，都是人類觀測宇宙不可或缺的工具，都將為人類認識宇宙提供歷史新機遇，都奏響了中國創新驅動的最強音。仰望星空，聆聽蒼穹，China ready！

參考文獻：

[1]喻菲，齊健.FAST：還沒發現外星人，但聽到震撼的宇宙”心跳”[J/OL].新華社客戶端，2017-10-10.

[2]陳芳，胡喆，白林.從參與到主導：十年煉就”中國之眸”[N].河北日報，2018-02-07（05版）.

作者簡介：陸師禹（2000-），男，江蘇泰州人，江蘇省泰州中學高中學生。