黔山深處的世紀(jì)工程

蔣葉俊

在科幻大片中，“外星人”是一個(gè)永恒的主題，《終結(jié)者》、《星球大戰(zhàn)》、《長(zhǎng)江七號(hào)》、《阿凡達(dá)》、《變形金剛》……人類窮盡自身的思維，想象著外星人的一切可能。

外星人真的存在嗎？

或許在不久的將來(lái)，F(xiàn)AST能夠回答這個(gè)問(wèn)題。

在貴州黔南州的深山中，一個(gè)世紀(jì)工程即將橫空出世。FAST，即500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope）代表著中國(guó)天文最高科技水平，也寄托著中國(guó)天文學(xué)發(fā)展的希望。整個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在2016年建成。建成之后，F(xiàn)AST將超越美國(guó)305米口徑的阿雷西博（即“Arecibo”）望遠(yuǎn)鏡，成為全球最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

“尋找外星人是一個(gè)嚴(yán)肅的科學(xué)話題?！睋?jù)FAST項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，在整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，社會(huì)大眾關(guān)注最多的話題就是FAST能不能在尋找地外文明方面實(shí)現(xiàn)突破?！癋AST將領(lǐng)先世界射電觀測(cè)水平幾十年，具有更高的分辨率、靈敏度，能傾聽更遙遠(yuǎn)的宇宙之聲，尋找地外文明理所當(dāng)然是其重要任務(wù)之一?！?/p>

除了探測(cè)地外文明，作為一個(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺(tái)，F(xiàn)AST還將在宇宙大尺度物理學(xué)、物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和規(guī)律等眾多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提供發(fā)展和突破的機(jī)遇，推動(dòng)中國(guó)高科技領(lǐng)域的發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東表示，F(xiàn)AST 將“為我們的科學(xué)家提供高靈敏度的天文設(shè)備，帶來(lái)更多的前沿突破的機(jī)遇?！?/p>

對(duì)于項(xiàng)目所在地貴州來(lái)說(shuō)，也許尋找到外星人只是小概率事件，依托FAST集聚高端人才、帶動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜挝幕a(chǎn)業(yè)發(fā)展才是眾之所望。

世紀(jì)工程應(yīng)運(yùn)而生

大多數(shù)社會(huì)民眾了解FAST項(xiàng)目是在2011年該項(xiàng)目正式開工建設(shè)之后，但事實(shí)上FAST是一個(gè)跨世紀(jì)的工程，其誕生與國(guó)際合作的SKA（“平方公里射電陣列”的英文簡(jiǎn)稱）項(xiàng)目有著直接關(guān)系。早在上個(gè)世紀(jì)末，F(xiàn)AST項(xiàng)目的選址、可行性研究就已經(jīng)開始。

1993年國(guó)際無(wú)線電聯(lián)大會(huì)上，包括中國(guó)在內(nèi)的10國(guó)天文學(xué)家提出建造SKA的倡議，希望在電波環(huán)境徹底毀壞前，回溯原初宇宙，解答天文學(xué)中的眾多難題。

為爭(zhēng)取SKA項(xiàng)目落戶中國(guó)，中國(guó)提出了利用貴州喀斯特洼地，建造球反射面即阿雷西博型天線陣的喀斯特工程概念。500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡——FAST正是在這種時(shí)代背景下被提出，臺(tái)址確定在貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼洼地。

雖然中國(guó)的SKA方案最終未能勝出，但FAST作為一個(gè)獨(dú)立研制的單元并未擱淺?！癋AST擁有獨(dú)立于SKA存在的意義，也就是說(shuō)，現(xiàn)在我們的FAST不為SKA而建。”FAST工程副經(jīng)理、黔南州副州長(zhǎng)彭勃說(shuō)。

迄今，世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡仍然是美國(guó)波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)在天文探測(cè)方面可謂出盡風(fēng)頭，為美國(guó)的科學(xué)家在科學(xué)研究上帶來(lái)了很多便利。

1974年，美國(guó)科學(xué)家泰勒和赫爾斯利用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)射電脈沖雙星系統(tǒng)PSR1913+16，并實(shí)現(xiàn)了上千次的觀測(cè)，給出了引力波存在的堅(jiān)決證據(jù)，最終獲得了1993年的諾貝爾獎(jiǎng)。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡被評(píng)價(jià)為20世紀(jì)十大科技工程榜首，甚至排在了耗資百億的阿波羅登月工程之前。

作為未來(lái)全球最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST不僅備受關(guān)注，而且被寄予厚望。對(duì)于射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，接收面積是天文望遠(yuǎn)鏡最重要的綜合能力參數(shù)，F(xiàn)AST擁有等同于30個(gè)足球場(chǎng)大的接收面積，這將極大提高其綜合性能。與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST靈敏度提高約10倍;比之阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST的綜合性能提高約10倍。

在未來(lái)20—30年，F(xiàn)AST將保持世界一流設(shè)備的地位。專家表示，作為世界第一的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST將聚焦全球科學(xué)家的目光，并極有可能從這里走出中國(guó)在科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)。

FAST的確令人充滿期待，不過(guò)從理念到最終破土動(dòng)工，過(guò)程卻是異常艱辛。一個(gè)世界級(jí)重大科學(xué)工程與一般的土木工程不同，需要更長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行科學(xué)研究、技術(shù)攻關(guān)，美國(guó)的哈勃望遠(yuǎn)鏡從最初提出設(shè)想到發(fā)射升空歷經(jīng)了半個(gè)世紀(jì)，新一代的詹姆斯望遠(yuǎn)鏡更是一波三折，一度面臨巨額預(yù)算超支，關(guān)鍵技術(shù)瓶頸等問(wèn)題。 FAST項(xiàng)目的實(shí)施也是一個(gè)不斷挑戰(zhàn)難題的過(guò)程。

由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)主持，F(xiàn)AST工程的預(yù)研究歷時(shí)13年，全國(guó)20余所大學(xué)和研究所的百余位科技骨干參加了此項(xiàng)工作。整個(gè)項(xiàng)目被分解成若干個(gè)課題組，不同的領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)。從1993年提出設(shè)想到2011年正式開工建設(shè)，將近20年的過(guò)程中，F(xiàn)AST在主動(dòng)反射面、光機(jī)電一體化饋源等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新性突破，為FAST的建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的科技基礎(chǔ)，而這其中凝結(jié)了眾多國(guó)內(nèi)科學(xué)家的心血和國(guó)際科學(xué)家的支持。

“雖然這些科學(xué)家并不在FAST現(xiàn)場(chǎng)工作，但他們?yōu)檫@個(gè)項(xiàng)目貢獻(xiàn)了大量智慧和精力，可以說(shuō)是舉全國(guó)科學(xué)界之智。”彭勃說(shuō)。

FAST將產(chǎn)生巨大溢出效應(yīng)

在黔南平塘大窩凼的群山中，10個(gè)工作隊(duì)正在緊張有序的建設(shè)著FAST這個(gè)世界矚目的天文工程。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，整個(gè)FAST就像一個(gè)巨大的漏斗，而這里將架起代表中國(guó)天文最高科技水平的科學(xué)巨觀。

FAST項(xiàng)目建成后，除了進(jìn)行天文觀測(cè)、實(shí)現(xiàn)其科學(xué)價(jià)值之外，還將為貴州尤其是項(xiàng)目所在地帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)。邊遠(yuǎn)閉塞的黔南喀斯特山區(qū)將變成名副其實(shí)的國(guó)際天文學(xué)術(shù)中心，成為把貴州展現(xiàn)給世界的新窗口。以FAST為主體的天文科普基地將推進(jìn)我國(guó)西部、甚至全國(guó)的科普工作為科教興國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)服務(wù)。同時(shí)，F(xiàn)AST也將成為高科技人才等資源聚集的洼地，并帶動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜挝幕a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“世界第一的品牌，不用宣傳也會(huì)吸引科學(xué)家和天文愛好者的目光。”彭勃介紹，目前世界上尚沒有任何一個(gè)國(guó)家有建設(shè)比FAST更大射電望遠(yuǎn)鏡的規(guī)劃，“世界第一”就是最好的宣傳名片，這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)吸引了全球的目光，并開始帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)文化發(fā)展，形成了聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。

據(jù)不完整統(tǒng)計(jì)，在無(wú)任何宣傳情況下，每年來(lái)阿雷西博天文臺(tái)參觀游客約13萬(wàn)人，至少帶來(lái)5000萬(wàn)美元以上收入。依托國(guó)際射電天文望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，黔南州已啟動(dòng)平塘國(guó)際射電天文科普文化園建設(shè)的前期工作。該產(chǎn)業(yè)園已被貴州省委、省政府確定為全省“十大文化產(chǎn)業(yè)園”之一，將著力推進(jìn)天文科研教育基地建設(shè)，配套建設(shè)好天文科普、旅游開發(fā)、周邊小城鎮(zhèn)設(shè)施，力爭(zhēng)將FAST綜合配套服務(wù)區(qū)建設(shè)成為天文學(xué)研究的國(guó)際開放門戶、全球射電天文學(xué)術(shù)交流中心、世界天文科技旅游中心、中外天文學(xué)及相關(guān)學(xué)科人才培養(yǎng)基地等為一體的文化產(chǎn)業(yè)園。

不過(guò)，專家認(rèn)為，雖然FAST擁有世界領(lǐng)先水平，但只有不斷的產(chǎn)生科學(xué)數(shù)據(jù)、產(chǎn)生重大發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AST才有活力、價(jià)值，如果拿不到科學(xué)數(shù)據(jù)，影響力勢(shì)必下降?！斑@需要政府在配套管理方面做好服務(wù)?！?/p>

項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，F(xiàn)AST能不能最終成為國(guó)際天文學(xué)的一個(gè)中心，能不能帶來(lái)科技、旅游、人才等方方面面的綜合效益，關(guān)鍵還在于政府如何布局規(guī)劃、做好服務(wù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，貴州省委省政府對(duì)于FAST項(xiàng)目給予了高度關(guān)注和支持，多位省領(lǐng)導(dǎo)對(duì)該項(xiàng)目的推進(jìn)建設(shè)進(jìn)行批示。2013年，第十五屆科學(xué)年會(huì)在貴州召開期間，黔南州就FAST項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)行了專題會(huì)議，對(duì)各級(jí)政府如何做好FAST項(xiàng)目的配套建設(shè)工作給出了切實(shí)可行的意見。

與此同時(shí)，貴州省人民政府制定的《貴州省500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡電磁波寧?kù)o區(qū)保護(hù)辦法》于2013年開始實(shí)施，明確規(guī)定以射電望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址為圓心，半徑5公里區(qū)域內(nèi)，嚴(yán)禁設(shè)置、使用無(wú)線電臺(tái)，嚴(yán)禁建設(shè)產(chǎn)生輻射電磁波的設(shè)施;在半徑5至30公里區(qū)域內(nèi)，經(jīng)論證對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡正常運(yùn)行構(gòu)成干擾的設(shè)施不得建設(shè)。

自2011年開工以來(lái)，F(xiàn)AST項(xiàng)目順利推進(jìn)，2013年底，F(xiàn)AST主體圈梁合龍，標(biāo)志著項(xiàng)目全面進(jìn)入設(shè)備安裝階段。今年7月17日，F(xiàn)AST反射面索網(wǎng)制造與安裝工程正式步入工程實(shí)施階段。（責(zé)任編輯/喻 丹）