開放中國天眼：全球視界的一場“盛宴”

◎本刊綜合

每個喜歡星星的孩子心中都有一個天文夢。他們聽著“數星星孩子”這個故事，憧憬飛往浩瀚的太空，幻想有一天也能成為像張衡一樣的天文學家。

人類自從站立在腳下這片大地以來就一直觀察星空，研究群星之間的運行規律。閃耀的恒星令人向往，人類對遙遠行星地表發生的一切更是充滿了好奇。美國天文學家卡爾·薩根曾經說過，每個人年幼時都是科學家，對自然界充滿好奇和敬畏。

今天，讓我們一起重拾曾經的夢想，認識一位幫我們圓夢的“數星星孩子”——中國天眼。

3月31日零時起，我國500米口徑球面射電望遠鏡開始接受全世界各國天文學家的觀測申請，在國際視界發出了豪邁的中國聲音。

作為人類迄今最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，它能夠接收到100多億光年以外的電磁信號，是中國科技創新的又一標桿。

這囗鍋不烹家常飯菜

500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）又被形象地稱作中國天眼，是按照衛星鍋的原理建造的，換句話說，是超大型衛星鍋。這口大鍋的主要功能是接受遙遠的外太空的電磁波信號，發現中子脈沖星。

脈沖星信號最早被認為是外星人向人類發出的信號，這一說法后來被科學家否定了。它其實是很久以前宇宙發生劇烈爆炸殘留的電磁波。電磁波歷經幾億光年的漫漫旅途才來到地球，但與地球邂逅不到一秒鐘，又返回茫茫太空。脈沖星的發現有助于人類在太空中的定位和時鐘的準確度，天眼發現它的速度是其他天文望遠鏡的10倍。

天眼還可以發現一些早期的星系活動跡象，有利于我們發現行星、恒星的運行軌跡。

同時，天眼像雷達一樣有很強的監測能力，能夠捕捉到來自太陽系任何一個地方發射過來的微弱電磁波，可幫助人類尋找類地行星。如果沒有天眼，我們現在的手機瀏覽速度會慢得讓人抓狂。

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晚霞中的中國天眼（圖/新華社記者歐東衢于維護保養期間拍攝）

工作人員在中國天眼總控室內工作 （圖 / 新華社 歐東衢 攝）

美國捷足先登

星際間振蕩的無線電波、拖拽著長長彗尾在星空流浪的彗星和太陽表層不斷翻滾的等離子體，一直都是天文學家關注研究的對象。

星空不是一片死寂，人類社會更是如此。各種電子設備、衛星電視電臺散播的電波和無線電信號，其噪聲蓋過了遙遠恒星發出的微弱信號。建造一根巨大電線來捕捉天外之音，是美國阿雷西博射電望遠鏡最初的設想。

1963年11月1日，這一設想得以實現，標志著人類面向浩瀚的太空睜開了第一只天眼。

阿雷西博射電望遠鏡最引人注目的是它巨大的體積。它的反射盤是個直徑為305米、深51米、曲率半徑為265米的半球形結構物，通俗地說，就像一口架在爐灶上的巨鍋。表面由38 778塊鋁板構成，每塊約1X2米，用鋼纜網（約1.6平方米）支撐，總面積相當于5個足球場那么大。平臺上有條長93米的旋轉弓形軌道，稱為方位臂，承載著接收天線以及2級、3級反射器。

阿雷西博射電望遠鏡是固定望遠鏡，不能轉動，只能借助地球自轉改變天線饋源的位置，在地天40度的范圍內觀察天象。

在后來的服役中，阿雷西博射電望遠鏡經歷了兩次升級，從而不僅能拍攝到金星表面約1千米的清晰圖像，甚至可以在月球附近遙測到高爾夫球大小的物體。然而，就是其中的一次升級，輕率地將鏡面直徑從305米擴大到350米，為阿雷西博射電望遠鏡后來的解體留下了致命的隱患。

最奇異的是，阿雷西博射電望遠鏡名義上是為了深空科學研究，實際上一投入運行，就被用在了對前蘇聯的冷戰，譬如收集電子信號情報，包括從月球表面反彈回來的前蘇聯雷達信號。

美蘇冷戰結束后，阿雷西博射電望遠鏡才真正轉向民用科研，揭示地球電離層、太陽系及其外部世界新發現的細小行星，為射電天文學以及行星和太陽系研究（包括引力波）的重要發現提供支持。它還承擔著時刻提防殺手級小行星對地球的襲擊、探索外地文明的責任。

阿雷西博射電望遠鏡立下的赫赫功績也鐫刻在了人類發展史冊上：

皮滕吉爾用它確定了水星的自轉周期，改變了人類一直以來“水星自轉周期是88天”的錯誤認知一一事實上，水星的自轉周期是58.646天；

洛夫萊克斯等人借助它發現了蟹狀脈沖星的周期性，為中子星的存在提供了第一個可靠的證據；

霍斯和泰勒借助它發現了第一個軌道周期為7.75小時的脈沖雙星系統，并精確測量了射電脈沖雙星軌道周期性變化，間接證明了引力波的存在，驗證了愛因斯坦的廣義相對論；

還通過頻率調制的無線電脈沖一次性向太空發射人類信息，信息歷經2.5萬光年抵達MM13球狀星團。

天邊有顆“南仁東星”

1993年的日本東京，正在召開的國際無線電科學聯盟大會上，多國科學家呼吁，在全球電波環境繼續惡化前必須建造新一代射電望遠鏡，接受更多來自太空的訊息。

當時，中國最大的同類裝置口徑不過30米。

天眼到底是個多大的工程？用中國天眼饋源支撐系統高級工程師楊清閣的話說，它大到“漫山遍野”，但它又是一個極“細”的工程，600多米尺度結構，饋源接收機在天空中跟蹤反射面焦點的位置誤差不超過10毫米。

南仁東

3月29日，工作人員對中國天眼圈梁進行維護（圖/新華社 歐東衢 攝)

曾在日本國立天文臺擔任客座教授、享受世界級別科研條件和待遇、時任北京天文臺副臺長的南仁東站了出來說，中國應當承擔這個責任，堅定地表示“我得回國”。

沒有多少人看好南仁東的這份雄心壯志。大家知道，這在當時是世界獨一無二的尖端項目。

我國西南地區的大山里有建設天眼的極佳地理條件。眾多方圓數百米的小山谷被山體環繞，天然地阻擋了外面的電磁波。

從1994年到2005年，南仁東和他的團隊走遍了貴州大山里數百個窩凼。亂石密布的喀斯特山中沒有路，他們只能從石頭縫里的灌木叢深一腳淺一腳地挪過去。

一次，南仁東勘察窩凼時遭遇瓢潑大雨，雨水裏著泥沙形成泥石流順坡而下。南仁東見識過泥石流的歷害，連忙吞下一顆救心丸，連滾帶爬地回到埡口。

“大山沒有路，我們走的次數多了，便成了路。”中國天眼臺址與觀測基地系統總工程師朱博勤回憶，十幾年來，綜合尺度規模、電磁波環境、生態環境、工程地環境等因素，南仁東團隊最終從391個備選洼地中選中了條件最適宜的大窩凼。

對待科學研究，南仁東同樣無比嚴謹，天眼沒有哪個建設環節能忽悠得了他。工作伊始，要建一個水窖，施工方送來設計圖紙，他迅速標出幾處錯誤后打了回去。施工方驚訝了，搞天文的咋還懂土建？

選址難，立項難，建設難上加難。南仁東和他的團隊解決了一個又一個難題，而這些難題在全球幾乎沒有經驗可以借鑒，他們只能埋頭進行技術攻關。

在南仁東看來，天眼建設不受經濟利益驅使，而是源自人類的創造沖動和探索欲望。他一心想讓中國天眼早日建成，因為天眼的英文名字“FAST”正是快的意思。

“南老師對自己的要求太高，他要吃透工程建設的每個環節。”南仁東的學生曾恒謙說，“如果再給老師一次機會，選擇要天眼還是多活10年，他肯定還會選天眼。”

2016年9月25日，中國天眼建成。南仁東傾盡心血，鑄造了一個大國重器。

次年9月15日，南仁東永遠地閉上了雙眼。

2018年10月15日，中國科學院國家天文臺首次公布“南仁東星”國際命名公報，正式將國際永久編號第79 694號小行星命名為“南仁東星”，以紀念他為國際天文事業和中國天眼作出的卓越貢獻。

2019年9月17日，經國家主席習近平簽署命令，授予南仁東“人民科學家”國家榮譽稱號。

中國天眼一騎絕塵

中國天眼坐落在貴州黔南布依族苗族自治區平塘縣大窩凼的喀斯特洼坑中。這是一座擁有我國自主知識產權、歷時22年、耗資6億元人民幣建成的世界迄今最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

中國天眼是由46萬塊三角形單元拼接而成的球冠形主反射面，內置可移動變位的復雜結構索網系統。與被評為人類世紀10大工程之首的阿雷西博射電望遠鏡相比，其綜合性能提高了10倍，將在未來二三十年保持領先地位。

中國天眼反射面在導源和跟蹤過程中采用實時調整形態，在觀測方向形成300米口徑瞬間拋物面以匯聚電磁波，這是與阿雷西博射電望遠鏡固定反射面的根本區別。作為高精度天文儀器的重要組成系統，中國天眼反射面成型精度達到了毫米級。

下面這組數據，可以量化中國天眼的先進和雄偉：

500米——口徑500米，是目前世界上建成的最大口徑球面射電望遠鏡；

134米——從索網最高點到最低點的高差；

168米——修建了6座饋源塔，最高的有168米，6座塔均建在落差達百米的山崖上；

30個——球面面積相當于30個足球場那么大；

1600米、4200噸 ——整 個 鋼結構圈梁長度達1600米，消耗鋼材4200噸；

8893根、1300噸——反射面索網結構由8893根高強度、高精度鋼索連接而成，形成重達1300噸的索網；

4400塊——4400塊主動反射單元拼裝在索網上，組成反射面；

2.5倍——比阿雷西博射電望遠鏡的反射面大2.5倍。

天眼的靈敏度可以用精準一詞來形容。權威數據表明，中國天眼的靈敏度比德國波恩100米望遠鏡和美國阿雷西博300米望遠鏡均高出至少10倍。具有這樣的靈敏度，如果有人在月球上打電話甚至竊竊私語，中國天眼也能聽得一清二楚。

中國天眼（圖/新華社記者歐東衢于維護保養期間拍攝）

自進入調試期，中國天眼的表現就足以讓世人折服。

一般情況下，傳統大型射電望遠鏡的調試周期不會短于4年，但中國天眼不僅大大縮短了調試周期，還取得了一批有價值的科學成果。截至2020年10月，中國天眼探測到146顆優質脈沖星候選體（102顆得到認證），實現了目前國際最高精度的脈沖星觀測。找到了一例新的重復性快速射電暴，為利用脈沖星計時陣列探測低頻引力波提供了重要條件。同時，實現了偏振校準，利用新方法探測到了銀河系星際磁場。這一切充分證明，在探測脈沖星領域，中國天眼達到了國際一流水平。

地球“瞎”了一只眼

2020年12月1日7時55分，隨著一聲巨響，阿雷西博射電望遠鏡4號塔第2根鋼纜斷裂，820噸重的接受器平臺瞬間扯斷了幾乎所有連接它的固定線纜，墜落在反射盤上。釋放了支撐平臺的壓力后，幾座拉力塔也轟然倒下，無數碎片迸發開來，散布在坑洞上空。阿雷西博射電望遠鏡坍塌了……

事情發生后不久，相關部門和相關人士作出判斷：阿雷西博射電望遠鏡走到今天，并不出乎人們的意料。

由于財政狀況不佳，美國相關部門在早幾年前就縮減了在“行星雷達”上的開支，減少了對阿雷西博射電望遠鏡的財政支持。在2001年至2007年開支大幅減少的情況下，阿雷西博射電望遠鏡的天文經費又從2007年的1050萬美元縮減到2011年的400萬美元。

屋漏偏逢連夜雨。阿雷西博射電望遠鏡不僅在千禧年后連遭財政打擊，環境災害對它的傷害也是“怕啥來啥”。

2014年1月，一場6.4級地震損壞了阿雷西博射電望遠鏡的一根主電纜，已然為它6年后的命運埋下了伏筆。

2017年9月殺死了數百人的第4類風暴瑪麗亞颶風導致阿雷西博射電望遠鏡反射盤損壞——一條電纜在大風中斷裂，隨之狠狠砸在下方的反射盤上。此后，又發生了兩起類似事故。

此外，阿雷西博射電望遠鏡的坍塌與其自身結構有著必然的聯系。當初為了擴大探測范圍，設計者將它的直徑從原本的305米硬生生地擴大到350米，直接導致了阿雷西博射電望遠鏡的不穩定。

這些因素合力將英雄遲暮的阿雷西博射電望遠鏡送上了不歸路。地球曾經擁有的兩只天眼中的一只就這樣“瞎”了。

中國天眼夜景（圖/新華社記者歐東衢于維護保養期間拍攝）

當今世界舍我其誰

從古至今，人類從未停止過對蒼穹的探索。正當一些科學家為阿雷西博射電望遠鏡的猝然離去惶惶不安時，中國天眼于3月31日正式向全球開放，并在5月15日前向全世界征集觀測項目建議。

消息一傳出，就引起天文領域“最強大腦”們的密切關注。天體物理學家、2006年諾貝爾物理學獎得主斯穆特三世和1979年諾貝爾物理學獎得主謝爾頓分別對中國媒體表示，中國天眼是最大最靈敏的射電望遠鏡，相信它能超過阿雷西博射電望遠鏡，為世界天文學作出更大貢獻。

中國天眼向全球開放，讓謝爾頓很是興奮。在他眼里，這是天文學研究的福音。他說，人類有史以來最大的望遠鏡——平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）預計在2028年投入觀測。此前，中國天眼是世界射電天文學不可或缺的大科學裝置。據了解，我國是SKA的主要成員國。未來，中國射電天文設備的布局是，自主研究與國際合作相結合，單口徑與涉陣列協同發展。

斯穆特三世認為，諾貝爾獎來自偉大的想法和發現。當一個新的裝置投入使用，其觀測范圍遠遠超過以前所知曉的范圍時，很有可能發現一些新事物。他相信，全世界至少有一支優秀團隊能通過中國天眼的觀測獲得重大成果，摘得諾貝爾獎。

世界將引領全球射電天文科研的重任交給了中國天眼，我們責無旁貸；歷史將重新站上人類天文科學之巔的重任交給了中國，我們將一往無前……