FAST：望远镜家族的掌门人

何颖

如果乘直升机从贵州省平塘县上空飞过，你很有可能会看到一个银白色的“巨锅”架在整个山谷之间，而四周的高山则像支撑“巨锅”的架子。看到这种类似“锅”状物的物体，我们第一反应肯定会觉得它是个信号接收装置。但当我告诉你，它其实是个望远镜，你会不会大吃一惊？

这个有30个足球场大小的“观天巨眼”，是世界上最大的单口径球面望远镜（英文简称FAST），口径达500米。400年前，人类第一架天文望远镜的口径仅有4.2厘米，FAST的口径是它的12000倍。与号称“地面最大的机器”德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高了近10倍；与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜相比，其综合性能提高了约2.25倍。作为世界上最大的单口径望远镜，FAST将在未来20～30年保持世界一流设备的地位，成为望远镜家族的掌门人。

与我们对光学望远镜固有的印象不同，FAST是射电望远镜，它既没有高高竖起的望远镜镜筒，也没有物镜、目镜。FAST它是由天线和接收系统两大部分组成，天线对射电望远镜来说，就好比是它的眼睛，它的作用相当于光学望远镜中的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，再通过一根特制的管子（波导）把收集到的信号传送到接收机中去放大，然后从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家通过分析这些曲线，就能得到天体送来的各种宇宙信息。

作为世界最大单口径球面射电望远镜，FAST到底有多厉害呢？

首先，FAST口径大，看得远。射电望远镜最重要的指标参数就是灵敏度。灵敏度越高，望远镜探测微弱无线电的能力就越强。而要想提高灵敏度，就需要扩大射电望远镜的口径。FAST的口径已达到了世界之最——500米。理论上，FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。

其次，FAST拥有灵活自如的“巨眼”。根据FAST的工作原理，当它观测天体时，会随着天体的方位而变化，在其500米的球冠状主动反射面上实时形成一个300米直径的瞬时抛物面，并通过这个300米的抛物面来汇聚电磁波。形象地说，如果把FAST比作一只巨大的眼睛，那么这只巨眼的眼球直径就有500米，而负责接收光线的眼珠直径就有300米。FAST就是靠这个巨大灵活的眼珠来汇聚电磁波、观测深空。

第三，毫米精度。FAST的设计目标，是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里，否则，就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构，处处都是头发丝般毫米级的精度要求。用来编织索网的7000多根手臂般粗细的钢缆，每一根的加工精度都被控制在1毫米以内；最终500米口径的天线精度是3毫米，每一块小面板的制造精度是1.5毫米。

最后，FAST能够冲出银河系，寻找新星，特别是快速旋转、密度极高的脉冲星，FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动，掌握星系之间互动的细节，揭秘宇宙的起源和演化。类似的道理，FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波，搜索可能的星际通讯信号和外星生命。

FAST射电望远镜的建成使用，可以将我国空间测控能力由月球同步轨道延伸至太阳系边缘，这将为我国火星探测等深空研究奠定重要基础。