大窩凼里的青春歲月：讓中國睜開“天眼”，看穿星辰

文｜楊 潔 邱晨輝

13 年前，31 歲的博士畢業(yè)生姜鵬拎著行李，來到貴州省平塘縣一個名為大窩凼(dànɡ)的喀斯特洼地。他怎么也想象不到，眼前不通路、不通電、幾乎與現(xiàn)代社會隔絕的大窩凼，幾年之后會建起全球最大、最靈敏的單口徑球面射電望遠鏡——“中國天眼”FAST，一個全球天文學(xué)家都夢寐以求的科研裝置。

那時的FAST，在很多人看來還是一個遙不可及的夢想，夢想很大：口徑500 米，相當(dāng)于30 個標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大，如果往里面倒?jié)M礦泉水，全世界70 億人平均每人可分4 瓶；其目光所至，更是能“看穿”130多億光年的區(qū)域，那將無限接近宇宙邊緣。相應(yīng)地，F(xiàn)AST 的建造挑戰(zhàn)之大，大到可以突破傳統(tǒng)望遠鏡的建造極限；建設(shè)條件之苦，苦到?jīng)]幾人愿意來實現(xiàn)這個夢想，即便是包括姜鵬在內(nèi)的年輕博士，最初也一度懷疑這個項目“會不會是忽悠人的”。

“中國天眼”F A S T，即5 0 0 米口徑球面射電望遠鏡（F ive-hund red-me ter Aperture Sphe rical r a d i o T e l e s c o p e，簡寫為F A S T），位于貴州省黔南布依族苗族自治州境內(nèi)，是我國“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，是當(dāng)今射電天文學(xué)的“重器”。

“中國天眼”在快速射電暴起源與物理機制、中性氫（中性氫是宇宙中豐度最高的元素，廣泛存在于宇宙的不同時期，是不同尺度物質(zhì)分布的最佳示蹤物之一）宇宙研究、脈沖星搜尋與物理研究、脈沖星測時與低頻引力波探測等方向，持續(xù)產(chǎn)出成果，極大地拓展了人類觀察宇宙的視野極限。

“中國天眼”的建造亦堪稱現(xiàn)代工程奇跡，誕生了許多具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，并在其他大型復(fù)雜項目中得到應(yīng)用。比如，超高疲勞性能鋼索結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于大型體育場館，高精度索結(jié)構(gòu)生產(chǎn)體系被應(yīng)用于港珠澳大橋等的建設(shè)。

2016 年9 月25 日，“中國天眼”FAST 落成啟用，名噪一時；2020 年1 月11 日，“中國天眼”FAST 通過國家驗收，投入運行，其綜合性能是世界其他大型射電望遠鏡的10 倍；2020 年9 月，F(xiàn)AST 正式啟動對地外文明的搜索；2021 年3 月31 日，F(xiàn)AST 正式向全球開放共享，向全球天文學(xué)家征集觀測申請，并于2021 年8 月啟動科學(xué)觀測；截至2022 年1 月，F(xiàn)AST 已發(fā)現(xiàn)500 余顆脈沖星；2022 年2 月，“FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本”入選2021 年度“中國科學(xué)十大進展”；2022 年6 月，北京師范大學(xué)天文系宇宙學(xué)與地外文明研究團組中國地外文明搜尋首席科學(xué)家張同杰教授透露，團隊使用FAST 發(fā)現(xiàn)了幾例來自地球之外可能的技術(shù)痕跡和地外文明候選信號，目前正在加緊排查……重大發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，再也沒有人懷疑大窩凼里也能實現(xiàn)夢想。

脈沖星，就是高速自轉(zhuǎn)的中子星，是大質(zhì)量恒星死亡后的遺骸，一顆方糖大小的體積就有上億噸的質(zhì)量，因能夠發(fā)射出高度周期性的電磁脈沖而得名，直徑多為1 0 千米左右，自轉(zhuǎn)極快。地球自轉(zhuǎn)一周要2 4 小時，脈沖星的自轉(zhuǎn)周期可小到0.0 0 1 4 秒（即1.4 毫秒）。脈沖星的發(fā)現(xiàn)被列為2 0 世紀(jì)6 0 年代的四大天文學(xué)重要發(fā)現(xiàn)。脈沖星就像宇宙中的“燈塔”，它極其穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)周期可以成為人類測量宇宙時空的超高精準(zhǔn)時鐘。發(fā)現(xiàn)脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學(xué)目標(biāo)之一。目前，“中國天眼”已成為世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設(shè)備。

快速射電暴（F a s t R a d i o B u r s t s，簡寫為F R B），是一種神秘的來自銀河系外的射電天文現(xiàn)象，也是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，爆發(fā)的持續(xù)時間僅為幾毫秒，卻可以顯示出極高的亮度，相當(dāng)于太陽在一整天內(nèi)釋放的能量，被科學(xué)家形象地稱為宇宙中的“閃光燈”。它的起源與物理機制目前完全未知，是當(dāng)今天體物理領(lǐng)域最熱門的研究方向。研究快速射電暴有助于人類更好地理解宇宙的起源。

如今，最早連接“中國天眼”夢想和現(xiàn)實的科學(xué)家南仁東，已經(jīng)駕鶴西去，跟在南仁東身邊見證FAST 從無到有的年輕人，則繼承了他的衣缽，堅守在祖國西南的深山之中。當(dāng)從遙遠的太空傳來的電磁波落在群山環(huán)抱的大窩凼里，信號流淌進計算機集群，計算機沉默地跑著數(shù)據(jù)，身處大山中這群平均年齡才30 多歲的年輕人，要從這個萬籟俱寂的地方，讓中國睜開“天眼”，看穿星辰。

起點

姜鵬、潘高峰、岳友嶺、于東俊、孫京海、甘恒謙、錢磊、姚蕊、李輝……他們是“中國天眼”青年力量中的代表，他們中每一個人的青春，幾乎都是在大窩凼里度過的，每個人圍繞FAST都有一段長長的故事，而所有的故事都指向同一個起點，這個起點就是南仁東——FAST 最早的提出者之一。

1993年，在日本東京舉行的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會上，與會科學(xué)家提出，要在全球電波環(huán)境惡化到“不可收拾”之前，建造新一代射電“大望遠鏡”。以時任中國科學(xué)院北京天文臺副臺長南仁東為首的中國天文學(xué)家，在會上提出了一個大膽的方案——在中國境內(nèi)建造大型單口徑射電望遠鏡，而當(dāng)時中國最大的射電望遠鏡口徑只有不到30米。

當(dāng)時，一個外國友人向南仁東發(fā)問：“你知道500米（口徑）有多大嗎？”他一下子被問住了，因為500米在大多數(shù)人心里都是數(shù)字，很難真正想象它的尺寸。南仁東說，這是他一生遇到的最好的一個問題。

FAST口徑達500米，其面積相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場、8個鳥巢體育場，這就需要找一個天然的洼地，遠離大城市、射電干擾小的地方。那期間，南仁東走過貴州數(shù)十個窩凼，周邊縣里的人幾乎都認(rèn)識南仁東——“一開始人們以為發(fā)現(xiàn)了礦，后來說發(fā)現(xiàn)了外星人”。

2009年，姜鵬博士一畢業(yè)，就加入了FAST。他從學(xué)校剛到單位報到，就被車?yán)奖本┟茉啤５谝惶旌屯聜兲е?00千克重的反射面板，從東邊跑到了西邊，幾個博士疑惑：“我們以后不會就干這個吧？”也是那一年，負(fù)責(zé)觀測規(guī)劃和數(shù)據(jù)格式技術(shù)支持的錢磊，加入了FAST 項目。他至今記得，當(dāng)天南仁東請他和同事在食堂吃了午飯，聊了未來的工作，算是簡單的歡迎儀式。

沒過多久，他們被拉到了FAST 的臺址，那是“中國天眼”的“眼窩”所在。有人感慨道，未來，神秘的天文發(fā)現(xiàn)將從這里誕生；也有人感慨，他們所有人的青春，都要圍著這口“大鍋”轉(zhuǎn)了。

那時，剛參加工作3個月的于東俊去現(xiàn)場進行FAST 首級控制網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測，需要在4個山頂上放置設(shè)備采集數(shù)據(jù)。那是他第一次出公差，第一次坐飛機，第一次去山清水秀的貴州，F(xiàn)AST誕生地的神圣畫面在他腦海中幻想了無數(shù)遍。“可到了現(xiàn)場，才發(fā)現(xiàn)手機沒有信號，吃住就在建筑工地搭建的臨時板房里，身上布滿了蚊蟲叮咬的紅包……”

大窩凼被叢林覆蓋，山石極其陡峭。第3天，這位生長在平原地帶的小伙兒，背著重量超過15千克的設(shè)備去現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。山坡中腰有一個坡度近90°、高4米的大石頭，僅有3個凸起部位可供借力攀巖，于東俊用左手摳住石頭縫隙，身體重量壓向左側(cè)，準(zhǔn)備發(fā)力，但沒想到，借力處由于喀斯特地貌常年風(fēng)化已接近脫落，身體瞬間失去重心，出于本能反應(yīng)，他右手順勢抓住了一根樹枝，借助樹枝的力跌到了大石頭下面僅10厘米寬的落腳地，右手被樹枝上的亂刺劃出了血痕……

“這已經(jīng)是不幸中的萬幸，如果沒有樹枝，身后便是10多米高的深澗。其中的兇險可想而知?！庇跂|俊說。

從1994年選址到2016年正式建成，F(xiàn)AST 團隊用了整整22年。姜鵬有時開玩笑說，南仁東先生挖了一個大“坑”，把100多人都裝進來了。也正是這100多人，把大窩凼變成了一個現(xiàn)代機械美感與自然環(huán)境完美契合的工程奇跡。

第一

FAST 的設(shè)計從一開始便是史無前例的，沒有任何經(jīng)驗可以借鑒，如何設(shè)計，如何實現(xiàn)，建成之后如何調(diào)試，以及如何使用等等，所有的難關(guān)都只能靠自己。

FAST 的設(shè)計不同于世界上已有的任何其他單口徑射電望遠鏡，這首先體現(xiàn)在“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”和“瞳孔”的設(shè)計上?！耙暰W(wǎng)膜”指反射面；“瞳孔”指饋源艙，即放置接收宇宙外信號裝置系統(tǒng)的艙體。

作為世界首創(chuàng)，“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”是主動反射面，可以改變形狀，一會兒是球面，一會兒是拋物面；“瞳孔”也更為“靈動”，采用全新的輕型索驅(qū)動控制系統(tǒng)，可以改變“瞳孔”的角度和位置，更有效地收集、跟蹤、監(jiān)測更豐富的宇宙電磁波。

41歲的潘高峰在FAST 團隊的一項重要工作，是負(fù)責(zé)大跨度柔性六索并聯(lián)機器人的研制及建設(shè)：一個30噸重的饋源艙，要利用6座鐵塔支撐6根鋼絲繩懸吊，通過同步收放鋼絲繩，拖動饋源艙在直徑206米、高約140米的球冠面內(nèi)運動，實現(xiàn)48毫米的定位精度，姿態(tài)角小于1°。

“匪夷所思的精度控制，這在世界上絕無僅有?！迸烁叻搴蛨F隊成員為此研制出有著耐10萬次彎曲疲勞壽命的可動光纜（“中國天眼”的“視神經(jīng)”），這個成果達到了相關(guān)要求的100倍。潘高峰時?？畤@：在FAST 的建設(shè)中，經(jīng)常會遇到“山重水復(fù)疑無路”的絕境，但有時也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悅。

創(chuàng)新的過程中，沒有人能給年輕人一個標(biāo)準(zhǔn)答案。

2005年，孫京海還是南仁東的研究生，便加入FAST團隊，參與饋源支撐系統(tǒng)的仿真和實驗研究。在工程建設(shè)期，他多次分享仿真經(jīng)驗方法。然而，這一從未被嘗試的方法受到了質(zhì)疑，他被問到最多的問題是：你如何證明自己的仿真結(jié)果是對的？

苦于沒有原型的實踐驗證，孫京海沒法證明自己的方法。后來，他有機會承擔(dān)了控制系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù)，為了盡快實現(xiàn)控制指標(biāo)，他獨自重寫了幾乎全部核心算法代碼。沒時間吃飯就不吃，需要趕進度就不睡覺，5天5夜的調(diào)試，就為了證明自己的方法是對的。驗收當(dāng)天，所有指標(biāo)一次通過。孫京海說：“那一晚才是睡得最香的?！?/p>

2017年10月10日，在北京四環(huán)外中科院國家天文臺的辦公大樓里，由FAST 捕獲的首批脈沖星信號第一次向外界展示：“嘟嗚嘟——嘟嗚嘟——”“嘟——嘟——”這是來自1.6萬光年外和4100光年外的脈沖信號，像是成年人的心跳，短促而有力。

這兩個聲音，讓中國實現(xiàn)了“零的突破”：我國自主設(shè)計制造的天文設(shè)備第一次發(fā)現(xiàn)脈沖星。享譽世界的澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的科學(xué)主管喬治·霍布斯評價：這是國際天文學(xué)界目前最令人激動的事件之一。

情懷

說起FAST當(dāng)年勘察臺址，潘高峰想到這樣一個畫面：那時，南仁東常和年輕人一起，在沒有路的大山里攀爬。在爬到最陡峭的一個山頂前時，大家都勸時年65歲的南仁東在山下等，看完結(jié)果向他匯報，他卻要和大伙兒一起上去，看看實際情況。南仁東這么大歲數(shù)還要親自上去踏勘（即現(xiàn)場調(diào)查），搞得在場幾個設(shè)計院的老總也不好意思，紛紛跟著爬上去了，其中一個院長還穿著西裝、皮鞋。

那一年，F(xiàn)AST 遇到了一次近乎災(zāi)難性的波折，即索網(wǎng)的疲勞問題。姜鵬記得，那時他們從市面上買了數(shù)十根鋼索進行實驗，卻沒有一根能滿足要求，于是他們不得不進行了一次大規(guī)模的鋼索疲勞性能實驗研究。他說，這可能也是1949年以來，能查到資料范圍內(nèi)最大規(guī)模的一次索疲勞實驗。

索疲勞實驗枯燥、耗時長，他們在北京、武漢、廣西幾個不同的地方進行實驗，用了兩年多的時間，這群年輕人把FAST 最嚴(yán)重的一次技術(shù)風(fēng)險給解決掉了。

44歲的甘恒謙負(fù)責(zé)FAST 電子電氣設(shè)備的運行和維護。在他看來，F(xiàn)AST 團隊就像是一支有著光榮傳統(tǒng)的隊伍，以南仁東為代表的老一輩科研工作者堅持自主創(chuàng)新，新人一代代地跟上，攻克了眾多FAST 建造的技術(shù)難題，把一個樸素的想法變成了現(xiàn)在的“中國天眼”。

在這支隊伍里，挑戰(zhàn)權(quán)威是被允許的。

38歲的姚蕊曾面臨饋源艙超重問題。饋源艙接口多，設(shè)計輸入多，為了確保整個饋源支撐系統(tǒng)的安全性，饋源艙的重量閾值是30噸，而饋源艙的詳細(xì)設(shè)計重量一度超標(biāo)到34噸。這時，一個顛覆性的想法推翻了饋源艙原本的設(shè)計方案：將饋源艙的圓柱體變成“鉆石三角形”。這意味著前期的工作都要被推倒重來。姚蕊拿著方案給南仁東看，心里忐忑。南先生看了一會兒沒說話，過了一會兒道：“好像也不難看。”就這樣，F(xiàn)AST 的外形與布局被重新設(shè)計。

直到現(xiàn)在，姚蕊都不知道，當(dāng)時南仁東覺得“鉆石三角形”的饋源艙是好看還是難看，“但他讓我們做了新的嘗試，讓我們堅持做對的事情”。

2016年9月，F(xiàn)AST 項目落成。南仁東和兩位朋友合影，一旁的友人笑容燦爛，南仁東卻眉頭緊鎖，皺成“川”字。他知道，項目落成遠遠不是結(jié)束，而是新一輪挑戰(zhàn)的開始。

“中國天眼”直徑500米，卻要實現(xiàn)靜態(tài)測量毫米級的精度，難度相當(dāng)大。他帶領(lǐng)的這批年輕人，還要在漫長的時光里，在大窩凼與技術(shù)做斗爭，與寂寞做斗爭。

曾有人問潘高峰，像你們這種單位，掙錢少，出差多，也顧不上家，為啥還待在這兒？當(dāng)時他也不知道怎么回答，只是覺得在這兒工作氛圍舒心，干的活也非常感興趣。直到后來，他聽到一個詞：情懷。在他看來，這個詞很準(zhǔn)確地形容了他們這群人。他們身上有著深深的科學(xué)情懷，因此才有那么多人能夠耐得住寂寞，坐得住板凳，能在大窩凼堅守下去。

接力

如今，大部分的親歷者已經(jīng)記不清FAST 最初建設(shè)時有多苦，他們在零星的記憶里拼湊出當(dāng)時的畫面：那時沒有板房就睡帳篷，被褥潮得可以擠出水，有人起了一身的紅疹；水質(zhì)不好，沒法洗澡，只能拿毛巾擦一擦，有時一待就得20多天；后來有了板房，雷雨天一個雷電下來，好多設(shè)備就被雷擊壞了。

苦嗎？難嗎？姚蕊參加FAST項目已經(jīng)16年了，青春年華都奉獻在了大窩凼。她說：“能參與這樣的科技重器的建造，不枉少年。”

在姚蕊看來，年輕的時候就要拋開世俗欲望，要立大志、入主流，上大舞臺、做大事，做個人成長和國家發(fā)展所需的事情。她慶幸自己能將個人愛好和國家需求結(jié)合在一起。

姚蕊期盼著自己慢慢成長為南仁東先生的樣子，在這里堅守下去。

打扮得像個背包客的岳友嶺，可以從FAST 講到脈沖星再講到黑洞，繞一圈再講回FAST，連續(xù)講兩小時。問他為什么這么喜歡留在FAST，他拍著大腿說：“我覺得這個事情特別有意思，特別有趣！就是……就是你小時候?qū)W過的那些事，現(xiàn)在終于可以自己親手做了！”

2021年3月31日起，F(xiàn)AST面向國際開放。三代人傾注20多年青春的FAST 開始眺望宇宙：基于FAST 數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文已有70多篇，發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量已超過500顆，是同一時期國際上所有其他望遠鏡發(fā)現(xiàn)數(shù)量總和的3倍以上。

12年過去，姜鵬已經(jīng)成為FAST 團隊的“老人”。想想自己從20多歲蹦蹦跳跳的小伙子，到現(xiàn)在FAST項目的總工程師，他說：“如果真的有一天，我們這群人不能再為FAST 做更多的貢獻，我們要學(xué)會放手，要扶持更多的年輕人，繼續(xù)接力下去?！?/p>

在2021年4月22日舉行的一場媒體溝通會上，姜鵬向記者展示了一張團隊合影：100多人的團隊，用了20多年的青春，鑄就了國之利器。如今，老一輩的人大多逝去，青年一代成長為主力軍。這張團隊照的正中間，是南仁東。

恍惚之間，姜鵬好像又回到了多年前，聽到南仁東對他說：“姜鵬，你在哪兒？你給我過來……”“他永遠都那么地不容置疑，雖然我經(jīng)常反抗他……”