超级“大锅”FAST 正式开启“天眼”模式

王月亮

2016年9月25日，一口名为FAST的超级“大锅”，在历经22年的漫长时光后，终于克服资金和技术上的重重困难，在贵州平塘的喀斯特洼坑里安家落户——这无疑是本年度天文学界的一桩大事。FAST被誉为“中国天眼”，它的建成，将为中国探月工程和进一步深空探测提供技术支持，并将在未来二三十年内保持世界领先水平。

射电望远镜，看你没商量！

每一个领域都有它自己的明星，在望远镜领域，哈勃太空望远镜无疑是一位名声显赫的大明星。自从1990年4月被成功发射到太空为地球服役以来，26年中，哈勃望远镜已绕地飞行十几万圈，执行任务达120多万次，为人类太空研究收集了大量资料，可谓劳苦功高。

不过，即使强大如哈勃，也有它的局限。与之相比，后来居上的射电望远镜，无论在探测精度还是灵敏度上，都要远超哈勃。

说起射电望远镜，它并不是一个新名词。事实上，早在1931年，当美国科学家卡尔·央斯基在新泽西州的贝尔实验室里，发现每隔23小时56分04秒就会出现最大值的宇宙无线干扰电波时，他使用的天线系统——也就是最原始的射电望远镜，就已经引起了人们的注意。而与射电望远镜密切相关的脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子这些20世纪60年代的4大天文学发现，更令射电望远镜在天文学领域大放异彩。

经过几十年的发展，如今的射电望远镜无疑更强大了。分布于美国夏威夷莫纳克亚山天文台、由10架射电望远镜组成的美国超长基线阵列（VLBA），对太空天体的测量精度，可以达到哈勃太空望远镜的500倍，人类肉眼的60万倍。这是什么概念呢？也就是说，它可以让一个在纽约的人清晰地看见一张洛杉矶报纸上的文字！

射电望远镜一般由天线、接收机、信息接收、处理和显示系统等几个主要部分构成。有趣的是，号称“天线”的部分其实并不是一根线，而是圆的，呈抛物面，看上去就像一口大锅。与照相机光圈越大、拍摄时快门速度越快的道理相似，射电望远镜的天线抛物面越大，接收外太空信号的性能就越强。而截至目前，世界上拥有最大抛物面的射电望远镜，就是坐落于中国贵州平塘山区的FAST。

FAST，射电望远镜中的“巨无霸”

FAST，是20世纪90年代中叶，由北京天文台和国内多所科研院校联合成立，并由大型射电望远镜中国推进委员会共同提出并推进的一个项目，建立的初衷，是为了争取世界最大的射电望远镜国际合作项目落户中国。从1994开始选址至今，FAST的项目研发和建造已历时22个年头，如今，它终于建成并可投入使用了。

不过，说起FAST这个英文名字，倒并非有意要取意为“快”，事实上，它是英文“Fivehundred-meter Aperture Spherical radio Telescope”的缩写，全名为“500米口径球面射电望远镜”。500米口径的球面天线，其面积相当于25个标准足球场那么大。就大小而言，FAST远远超过了号称“地面最大机器”的德国波恩100米口径望远镜，以及美国的Arecibo 300米口径望远镜。这么大一个观测宇宙的“天眼”坐落在崇山峻岭间，不能不说霸气十足。

但大并非FAST令国人骄傲的关键。FAST真正令世界瞩目的，是它的三大自主技术创新。

首先，FAST是在世界上首次利用天然地貌建设的巨型望远镜。之所以选择贵州平塘县，是因为这里有一片四周高中间低的天然洼地，正好可以容纳500米口径的巨大天线，大大节省了射电望远镜基地建造的成本。另外，这里的熔岩地貌排水通畅，可减少流水对设备的腐蚀。而平塘的光污染和地面电磁波辐射相比其他地方较弱，这也保证了FAST在工作时不受干扰。

其次，FAST采用了主动反射面技术，整个球面由4 600多块可运动的等边球面三角形叶片组成，可以弯曲、活动，并连接着大量极具韧性的传输光缆。应用于FAST上的光缆，能够在5年内抗6.6万次拉伸，这远远超出了抗1 000次拉伸的国家标准。

再次，FAST采用轻型索拖动馈源技术，将千吨级别的馈源舱降至仅30万吨，它还可以通过机器人操控，观察到任意一个太空方位，覆盖天顶角达到了美国研发产品的两倍，并通过并联机器人二级调整，实现了毫米级的动态定位精度。

FAST所拥有的这些自主技术创新，使它在灵敏度、分辨率和巡星速度上都站在了世界射电望远镜的前沿，为我国进一步的宇宙探测打开了一扇天窗。

和外星人对话，不是没可能

对普通人来说，望远镜无非是登上高山、站在大海边看风景的工具，但对天文学家而言，他们透过望远镜看到的，是无穷无尽的宇宙奥秘及探索宇宙的乐趣。

宇宙的边界究竟在哪里？它究竟有多大？在漫无边际的宇宙中，究竟是否有地外文明存在？

为了探索这些疑问，科学家们从未停下脚步。阿波罗号登月，勇气号、好奇号等火星探测器相继登录火星，2013年6月，美国国家宇航局的科学家又通过“孤独信号”项目，借助詹姆斯堡通讯卫星地面站，主动连续地向距离地球18光年的红矮星发送了无线信号——所有这些行为都表明，人类是孤独的，也是好奇的，我们渴望探索宇宙，并希望能在宇宙中找到朋友。

然而，这一切可能实现吗？

目前，2013年人类发向太空的第一封“信”仍在途中，它的内容是：“来自美国奇点大学（一所致力于培养未来科学家的学校）的问候。当你收到这条信息时，科技已足以让我们互相了解和交流。”预计，这条简短的信息，要在太空中航行18年才能抵达目的地。如果红矮星上有地外文明，并及时破译了人类无线信号并给地球发送了回信，那么又将历时18年。

我们需要足够的时间和耐心来等待回音，不过，谁又知道，外星文明就没有在向地球发送信号呢？而FAST就像一台巨大的超级收音机，可以探测到来自深空的极其微弱的电波，并通过接收系统将信号放大，对其进行分离噪音处理，然后，经过过滤的宇宙电波将被记录器转化为曲线。最终，这些曲线通过具有超大计算功能的计算机分析，转化、输出为人类可以听见、看见和解读的信号。说不定哪一天，与FAST相连的计算机，就会向我们传来一句来自外太空的问候，或一张外星人的照片呢！