FAST的前世今生

文/Richard G. Strom（国际知名天文学家） 翻译/姚景云 杨胜良

FAST的前世今生

文/Richard G. Strom（国际知名天文学家） 翻译/姚景云 杨胜良

Astronomers all over the world eagerly await the opening and first results from FAST!

>>摘要 全世界所有的天文学家们正面对FAST的运行和因此得来的首期效果翘首以盼。

位于波多黎各一个喀斯特大坑中的美国阿雷西博射电望远镜——曾经是世界上最大的观测工具，是二十世纪科学技术影响深刻的一个重大事件。它五十年前初具成形，随后不断改进和创新。如今FAST横空出世，它不仅具备阿雷西博的许多特点，同时又进行了大量技术创新，因而显得无与伦比：

1.球面直径达500米（阿雷西博仅305米），其中可用直径达300米（阿雷西博只有200米）。

2.外观呈碟形碗状，使得FAST能观测到更广阔的天区，甚至包括整个北半球。

3.FAST球面可以从球状微调为抛物线状，这是一项特别的创新。这种理想的形式能把从宇宙间收集到的无线电信号集中到某一个焦点上。

所有这一切是如何产生的呢？我们先来简短地回顾一下FAST工程“前世”。

当北京天文台几个射电天文学家在中国射电天文学之父王绶琯教授的鼓励下，积极寻找一种可能的设备替代现存的射电望远镜，FAST的概念便应运而生。

借鉴阿雷西博的经验，天文学家们认为中国西南地区拥有丰富的喀斯特地形，这为修建一个大型单面射电望远镜提供了绝佳的条件，FAST的构想逐渐形成。

1994年，通过对备选地喀斯特洼地监测显示：贵州山地间蕴藏着建造大型固定球面反射器的巨大潜力。一年后，一个国际研讨会专门讨论了FAST实现的可能性和存在的问题。这个项目最终获得官方认可、筹集到足够资金、完成所有设计的筛选论证，历时十余年之久。所以，直到2011年，工程才正式启动；翌年，工程初见成效。

大体说来，这就是FAST的孕育过程。其实，在阿雷西博修建之前，世界射电天文学家就一直在寻求一种以最小代价获取最大信息的望远镜建设方案。1947年，英国在焦德雷尔班克建立第一个观测镜，它由多根木柱组成网络支架，高高撑起一面抛物线状反射面。反射面直径66米（英制218英尺），从球面反射回来的宇宙射电信号聚焦于固定在高大天线杆终端的双极子天线上，从而达到对太空信号的监测。

1951年，在荷兰北海对面，射电工程师们利用一个现存的沙坑为底，沿它表面浇铸水泥结构抛物面，再在抛物面上布排22米直径的电线网眼。这种电线网眼可接收来自天体的电波，并将它定向反射到焦点上。和焦德雷尔班克望远镜一样，荷兰望远镜也只能利用地球自转，扫射天空一个带状区域，进行单向观测。但是在这个沙坑反射面上，科学家们进行了一项微小的技术革新，通过倾斜抛物线表面约10度的轴，使一束最亮的射电源穿过镜面横梁。

在南半球，澳大利亚射电天文学家通过一个安装在悉尼附近的固定反射体观察到银河系中心每天都会运行到达一个制高点。这个固定反射体是一面“地下孔洞”天线，由一群天文学家用铲子挖掘出一个浅沙坑，然后在上面铺上裸露的金属线连接起来构成。它高居在多佛高地一处悬崖顶部，可以俯瞰远望悉尼港入口处的许多地方。这个望远镜用来研究银河系的原子能区域，成功地使用了许多年。

焦德雷尔班克66米高天线、荷兰20米天线、悉尼多佛高地22米天线的原理，和现在许多还在持续运行的射电望远镜一样，都是把抛物线反射面接收到的射电信号集中反射到某一焦点上。如果想把望远镜指向天空的任何位置，就必须要调整镜体的位置。但是，这个有固定表面的镜体几乎是无法调整的。1965年，一种新的望远镜设计使这种想法成为可能。拥有固定球面镜体的阿雷西博射电望远镜，借助地理方面的优势，能将所有穿过球面中心的射线，集中于球面的同一位置，而不再局限于单向观测，虽然有一些误差（球面偏差），但已能轻易、快捷、直接地获得纠正，就像在文章开头提到的那样，FAST向前迈进了一步。全世界所有的天文学家们正面对FAST的运行和因此得来的首期效果翘首以盼。

（责任编辑/黄莎莎）