观天巨眼

〇吾 悦

观天巨眼

〇吾 悦

2016年9月，目前世界上口径最大、最具威力的观天巨眼——500米口径球面射电望远镜（FAST）在我国贵州省平塘县正式完工。它将在未来探测宇宙中的遥远信号和物质，实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解，满足人类对于未知宇宙的好奇心，探索宇宙深处的奥秘等方面发挥重大作用。

浩瀚的宇宙隐藏着无数的秘密，吸引着我们不断探索。为了能向宇宙看得更远，“倾听”来自宇宙更多的“声音”，发现宇宙更多的秘密，我们发明了望远镜。地球大气层留给人类探索宇宙两个窗口，一个是光学，一个是射电。对天文学家来说，如果光学望远镜是显微镜，那么射电望远镜就是CT机，可以获得天体的超精细结构。为了获得更多来自宇宙的无线电信号，甚至能够阅读到宇宙边缘的信息，我们需要大口径的射电望远镜。

最近中国完成世界上最大和最具威力的单口径射电望远镜FAST的组装。专家介绍，FAST的主要目标是探测宇宙中的遥远信号和物质，再开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨，对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索，高效率开展对地外理性生命的搜索等方面实现科学和技术的重大突破。

FAST首个应用科学研究是寻找和研究宇宙中的脉冲星。脉冲星就像天体物理实验室，可以研究一些特殊天体物理和宇宙演化现象。如果发现脉冲星与黑洞组成的双星系统，科学家可以利用脉冲星去研究黑洞周围时空。此外，脉冲星也是非常精准的时钟，对于深空探测具有重要意义。

看过《三体》的人可能都会好奇，这个超级望远镜是否能像小说中所描述的那样，帮助人类尽早搜寻到地外文明呢？科学家表示，虽然FAST并不能发射信号给宇宙中

或许存在的高等智慧生物，但是它超强的灵敏度却可以将人类搜寻外星文明能力提升到前所未有的高度。

小链接：射电望远镜与射电天文学

千百年来，人类只是通过可见光波段观测宇宙，而自从发现了无线电之后，科学家意识到宇宙中天体的辐射覆盖了整个电磁波段。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃介质，因而通过观测射电信号可以帮助人类探知更遥远的未知宇宙。

20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子，被称为“四大发现”，这四项发现都与射电望远镜有关。诺贝尔奖历史上基于天文观测的10项获奖成果中有6项都出自射电望远镜，可以说，现代射电天文学已成为诺贝尔奖的摇篮。

射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大，有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制成的射电望远镜。

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的口径达到了世界之最——500米，其总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。理论上说，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。

当FAST观测天体时，会随着天体的方位变化，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。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。

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，每根的加工精度都被控制在1毫米以内；最终的500米口径的天线精度是3个毫米，每一块小面板的制造精度是1.5个毫米。

“从技术到材料，基本上都是国产化，既是中国制造，更是中国创造。”FAST工程总工艺师王启明说，中国大射电望远镜创造了很多奇迹，更体现了我国自主创新能力。中国拥有FAST的自主知识产权，相比于前辈射电望远镜，FAST射电望远镜的创新就是主动接受电磁波。

多年来，中国科学家一直依靠国外的射电望远镜收集数据，也就是“二手”的观测数据。FAST望远镜落成之后，中国科学家将有机会第一时间获取最新的数据，大大增强深空观测能力。

此外，FAST建成使用，还可以将我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系边缘，为我国火星探测等深空研究奠定重要基础。

半个多世纪以来，全世界所有射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸，中国大射电望远镜的加盟将大大加快这一速度，这也意味着我们解读宇宙深处奥秘的信息量将大大增加。