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，重達數(shù)萬噸，鍋口面積大約相當于25個標準足球場的總和。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飽。

當然了，這口被科學家稱為FAST的“超級大鍋”并非為煮飯建造，它是一臺500米口徑球面射電望遠鏡，如今正在貴州安裝，預(yù)計2016年投入使用。這一世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡建成后，可為中國探月工程和進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？自古以來，這些問題便縈繞在人們的心頭。

隨著近代天文學的發(fā)展，人類對于宇宙的探索逐漸走出了“思想實驗”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鏡這一遙觀宇宙的“天眼”。射電望遠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。

射電天文學產(chǎn)生于上個世紀三四十年代，當時美國貝爾實驗室的科學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，美國另外一個科學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，射電望遠鏡由此誕生。射電天文觀測技術(shù)的提高推動了天文學的發(fā)展，脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子等上個世紀60年代4個重大天文學發(fā)現(xiàn)，都與射電望遠鏡密切相關(guān)。

與普通光學天文望遠鏡不同，射電望遠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鏡那樣屹立于山頂或南極之巔，也不像“哈勃”望遠鏡一樣翱翔于太空，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。

射電望遠鏡相當于一個巨型的收音機。通過巨大的天線，射電望遠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，隨著天文學日新月異的發(fā)展，世界范圍內(nèi)對建造新一代射電望遠鏡提出了越來越迫切的需求。各國為了占領(lǐng)天文學高地，競相發(fā)展大口徑射電望遠鏡，F(xiàn)AST也應(yīng)運而生。

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

FAST建立的初衷是為了爭取世界最大的射電望遠鏡國際合作項目落戶中國，為此，中國決定采取“筑巢引鳳”戰(zhàn)略，在國內(nèi)建設(shè)世界最大射電望遠鏡。上個世紀90年代中期，北京天文臺和國內(nèi)多所科研院校聯(lián)合成立了大型射電望遠鏡中國推進委員會，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鏡。選址貴州，一方面是因為可以最大限度利用喀斯特地貌節(jié)省建設(shè)成本，減少流水對設(shè)備的腐蝕，另一方面是因為當?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，項目總投資6.27億元，預(yù)計建設(shè)周期5年半。此后沒有過多久，該項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展，如建成世界上口徑最大的大視場望遠鏡——郭守敬望遠鏡、開辟南極準空間天文觀測平臺、在上海落成亞洲最大的全方位可轉(zhuǎn)動射電望遠鏡等。FAST的建成，將進一步助推中國從天文大國向天文強國前進的步伐。

建成后的FAST與目前國外先進設(shè)備相比，將會超前很多，如與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米口徑望遠鏡以及美國Arecibo 300米望遠鏡相比，F(xiàn)AST在靈敏度和綜合性能上都有大幅提高。此外，F(xiàn)AST還通過機器人控制、輕型索電力拖動，對重達萬噸的望遠鏡鏡面進行方向定位，如此一來，望遠鏡能夠觀察任意一個太空方位，這也是FAST獨具特色的地方。

作為一個多學科研究平臺，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)用價值。