地球有了大耳朵

何亮

海伦·凯勒自幼失明失聪，生活在无尽黑暗与寂静的世界里，所以更能体会“耳聪目明”对生命的可贵，写下了世人传颂的《假如给我三天光明》。然而，你能想象得到吗，我们人类在面对浩瀚的宇宙时，就像海伦·凯勒生活在无声的世界里一般，从来都是只能远观而不可聆听的。尽管望远镜越来越大，越来越灵敏，但它只能让天文学家“目明”而不能“耳聪”。我们对宇宙的认识一直是寂静一片。

其实，人类目光所及之外的太空混杂着各种声音，这些遥远的声音在数亿年之前甚至更早时发出，仿佛水面上荡起的时空涟漪，飘摇在宇宙间。这些声音微弱至极，如雷声中的蝉鸣，需要特殊的设备才能捕获。

在我国贵州省平塘县，一个被称作“FAST”的“听天神器”——500米口径球面射电望远镜即将建成，它是长在地球上的一个超级灵敏的大耳朵，不停地分辨宇宙深处传来的声音。利用它，科学家们可以不断地探索宇宙深处的秘密。

天坑里架起超级“大锅”

当电视收不到信号时，屏幕上不是一片空白，而是雪花闪烁并且发出“刺啦刺啦”的声响，这其实就是来自太空的射电信号。

射电跟光没有太大区别，都是电磁波。光，只是能刺激眼睛的一种电磁波。从肉眼看不到的伽马射线到能将皮肤晒黑的紫外线，从可见光再到红外线和射电，为了检测这些电磁波，人类发明了各种各样的望远镜。

FAST射电望远镜就是其中之一。它的工作原理跟接收卫星信号的“天线锅”是一回事，通过“锅”的反射聚焦，把几平方米到几千平方米的信号都聚拢到一个点上。

为了能更清晰准确地辨认信号传来的方位，天文学家想出一个办法，就是让许多“天线锅”对准同一个目标，通过对比得出结果。但是想接收更微弱的信号，唯一的办法就是把“天线锅”造得更大。

造更大的“天线锅”谈何容易！“大锅”必须要有“头发丝粗细”的精度，但在平地上建百米以上的“天线锅”，光是自重就会造成变形。一阵风吹来，“大锅”也会受到影响。于是，有天文学家提出了新的思路：在喀斯特地形中常见的“天坑”里造“锅”。

我们从遥感地图上可以看到，中国西南地区有无数个喀斯特地貌的凹坑，但选出一个形状最圆、深度和尺寸恰到好处的坑为FAST安家落户，就耗费了中外科学家十多年的时间。最终，云贵高原上的一个圆形洼地——大窝凼（dàng），成了最有力的竞争者。它的周围有三座山峰，每两座之间的距离都在500米左右，中间的洼地犹如一个天然的“锅架”，刚好稳稳地盛下FAST这口“大锅”。

科学家解释道，“凼”是水在石灰岩上削出来的直径几百米的水坑，底部都会有一个至少浴缸大小的水洼，积水可以从坑底渗透出去，不至于淤积和危害天线。而且，如果不依托天坑建这口“大锅”，不光造价承担不起，也无法满足精度的要求。

大山深处的精确定位

云贵高原地处中国大陆的西南边陲，人烟稀少，大窝凼附近也都是电波稀少的自然村落。钻过几百米的漆黑山洞，一座世外桃源出现在眼前。天坑底部种着蔬菜和庄稼，几栋木房子散落其间，万籁无声，令人心旷神怡。射电望远镜正需要这么一处静土。科学家们希望尽量减少周边人类活动，因为最灵敏的天线相当于最娇弱的耳膜。中国的天文学家打了个比方：在月亮上打手机，FAST也能听得一清二楚。

为了避免人为制造电磁干扰，未来在FAST现场工作的科学家需要控制电器的使用。监听中心要设在两道山之外，获取的信号通过光纤传输到监听中心，再传到外界，全程不能使用无线装置，以保持绝对的电波静默。

除了安静，FAST的另一个挑战是将超大望远镜的钢架、索网、接收器等每一个部分的位移都控制在毫米级别。不然，望远镜就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。

FAST的“天线锅”在工作时，具有“变形金刚”的能力！它的钢索网联系着边框以及天坑中的2000多个小电机，这些电机相互配合，就像水手扯动缆绳控制风帆的朝向一样，控制着钢索网的形状，来转换天线的方向。而在索网的上空，高高悬挂着一个类似于神舟飞船大小的信号接收装置，里边装着世界上最金贵的接收器。这个接收器内部有六条伸缩“腿”，负责把覆盖30个足球场面积的信号，聚集在药片大小的空间里。

比起现在世界上非常领先的“埃菲尔斯伯格”望远镜（德国于1972年建成，性能先进，率先在毫米波段观测到脉冲星的辐射），FAST的灵敏度将提高10倍。这意味着，远在百亿光年外的射电信号，FAST也有可能听到。

竖起耳朵监听外星生命

在静谧的云贵高原装一个灵敏的大耳朵，人类用它来干什么呢？没错，就是要寻找“一黑二暗三起源”的故事。

“一黑二暗三起源”是科学家经常使用的俗语，用来形容天文望远镜的科学使命。一黑是指黑洞，二暗是指暗物质和暗能量，三起源指的就是天体、宇宙和生命的起源。

FAST能探测宇宙中遥远的信号、物质，比如发现更多的脉冲星。这种星星是在1976年被发现的，因为它总是发出规律的信号，一开始被科学家误认为是外星人。现在，科学家们普遍认为，已发现的脉冲星是一种高速旋转的中子星，就像海边的灯塔，旋转的光柱扫过地球。已经被侦测到的脉冲星都在银河系内，而在银河系之外，想必还有更多奇特的脉冲星等着人类去了解。

FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动。本来我们从远处是察觉不到中性氢的存在的，但是当中性氢中的电子磁极罕见地倒转了，一种微弱的电磁波就跑了出来。FAST有能力捕捉这种电磁波，从中获得星系之间互相“打闹”的细节，为揭示宇宙怎样逐渐长成现在的模样提供线索。

如果幸运，FAST还将尝试接收外星生命发来的电波。如果宇宙中的生命体或者高智商的外星人真的存在，那么一二十年后，他们放出的信号被地球监听到，那肯定是FAST的功劳。