“中國天眼”凝望蒼穹

本報綜合

對于宇宙星辰的探索，我們從未停止腳步，宇宙中有其他智慧生物的可能性也在被更多科學家們認可。在傳統光學望遠鏡的觀測距離已經不能滿足我們探索宇宙的時候，用于接收天體或者宇宙其他生命發射的射電波段輻射的望遠鏡被研制出來。

1994年，我國天文學家南仁東先生提出建設“天眼”的構想，在歷時22年后，2016年9月25日，500米口徑球面射電望遠鏡，也就是我們常說的中國天眼FAST正式在中國貴州落成啟用，至今平穩運行。

1、什么是天眼

宇宙中有各種各樣的電磁波射向地球，但是大氣的不同成分會阻擋宇宙電磁波的入射。科學家們往往會采用射電望遠鏡獲得這些隱藏著宇宙信息的電磁波。射電望遠鏡，是在射電波段（天文上把部分微波和無線電的波段叫作射電波段）觀測的望遠鏡，將宇宙天體發出的無線電波反射會聚到一點，經過接收機的放大，并轉變成能用儀器記錄的信號。可以說，射電望遠鏡就是人類探索宇宙的“天眼”。

2、為何選址在貴州

1994年，中國天眼總工程師南仁東開始為項目選址，研究團隊建立了391個候選地區的地形地貌數據庫，再從中精選出90多個進行漫長的實地勘察。踏遍千山萬水，項目最終在貴州省平塘縣的大窩凼落地。

地處云貴高原的貴州，地形以高原山地居多，平均海拔約1100米。一般情況下，海拔越高，越能減少電磁波的傳播損失，從而在最大限度地發揮觀測設備的效能。天眼作為我國天文觀測的重要基地，如何保障觀測數據的清晰準確至關重要。

天眼的選址不僅僅考慮海拔條件，還有地貌的要求。作為射電望遠鏡，天眼需要建造一個“大鍋”接收信號，通過“鍋”的反射聚焦，把大面積的信號聚攏在一點上。“鍋”的面積越大，接收的信號越好，為了減少工程開挖量，項目的選址最好選擇凹形口徑較大的洼地。因此，青藏高原盡管在海拔上占據優勢，但由于群山延綿、分布著大量的永凍土，施工難度極高，不利于天眼的建造，被排除在選址之外。喀斯特地貌廣布的云貴高原成為最優選擇。

隱藏在貴州群山深處的平塘縣大窩凼，就是一片天然的洼地，具有特殊的“凹形”地理結構，宛如一個天然的“灶臺”盛起了天眼的“鍋”。而且這里地下溶洞極為發育，便于雨水下滲和流動，不易形成積水，避免腐蝕和損壞望遠鏡，簡直是為天眼量身定做的存在。

同時，由于天眼接收大量的無線電信號，需要十分“安靜”的環境，人類活動中的電視、手機、廣播等無線設備都會對天眼的磁場帶來干擾，影響天眼的靈敏度，項目必須遠離城市、村落和信號基站。貴州的偏遠地區，人口密度小，旅游業發展程度低，電波干擾比旅游業發達的云南更少。

3、其優勢在哪里

無論是從大小，還是部署的科學項目，可以說都比阿雷西博射電望遠鏡強很多的，并且阿雷西博射電望遠鏡如今面臨的問題，在我國是不會出現的。根據公開數據顯示，阿雷西博射電望遠鏡因為資金不足，這個望遠鏡面臨關閉的危險。同時我們也看到了部分報告指出，這個是世界上第二大單碟射電望遠鏡——阿雷西博射電望遠鏡，也變得相似一個垃圾場了。

所以從這點情況來看，中國天眼未來將是唯一的“天眼”。在全球天文學家或者科學家的共同維護下，中國天眼未來的發現是不可預估的。

4、“中國天眼”如何“睜眼”

“中國天眼”開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式，突破了傳統望遠鏡的工程極限，采用全新設計方案、口徑更大，比國外同類望遠鏡的調試期更短，遠超國際慣例和同行預期。

靈敏度和分辨率是射電望遠鏡的兩大核心指標。由于星體距離地球十分遙遠，信號到達地球時能量微弱，靈敏度是科學家發現暗弱天體的能力，而要想進一步看清遙遠天體的真實面貌，就要依靠分辨率。

借助“中國天眼”超高的靈敏度，國家天文臺已經將脈沖星的計時精度提升至世界原有水平的50倍左右，這將有可能使人類首次具備極低頻的納赫茲引力波的探測能力。

FAST也是中國近年來深空探索最受全球矚目的大科學裝置。1993年諾貝爾物理學獎獲得者約瑟夫·泰勒（JosephTaylor）教授表示：“中國在天文觀測大裝置的建設方面成就非常大，‘中國天眼的建成只花了5年時間，期待它給我們帶來更多驚喜。”

約瑟夫·泰勒曾在2016年FAST正式完工時親臨現場參觀。他用“震撼”來形容這一世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。借助這只巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動的信息，觀測暗物質，測定黑洞質量，甚至搜尋可能存在的星外文明。

“中國天眼”奠基人、已故FAST工程首席科學家南仁東在評價FAST的時候曾表示，FAST適合前沿性和探索性的小型研究，比如對脈沖星的研究。“一塊方糖大小的脈沖星的重量就可以達到幾十億噸。”南仁東曾在接受采訪時說道。

FAST一問世便捷報頻傳。從2017年10月首次發現2顆脈沖星以來，到2020年1月，已經發現102顆脈沖星，兩年的“調試階段”中發現脈沖星的數量，超過同期歐美多個脈沖星搜索團隊發現數量的總和。

泰勒對“中國天眼”調試階段就發現了100顆脈沖星和多起磁暴現象表示驚嘆。他對筆者表示：“為了能夠獲得最大程度的數據，我們要珍惜射電望遠鏡的工作時間，希望相關購買數據的機構能夠盡可能地下載所購買的數據，將原始數據進行本地存儲，從而提升射電望遠鏡的效率。”

5、天眼建成的意義

雖然“中國天眼”可以向外太空發射信號，確實也有能力去探索外星文明，但是中國利用“中國天眼”最主要的任務是尋找脈沖星。脈沖星的觀測研究不僅具有重要的物理意義，而且具有重要的應用價值，在時間尺度、深空自主導航等方面具有重要的應用前景。隨著性能的提升，FAST科學潛力逐步顯現。

“FAST的靈敏度是全球第二大單口徑射電望遠鏡的2.5倍以上，這是中國建造的射電望遠鏡第一次在靈敏度這個重要指標上占據到了世界的制高點，對促進我國天文學實現重大原創突破具有重要意義。”FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬說，超高靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望在短時間內實現納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數據支撐。