星辰大海，才是它的征途

在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县的大窝凼洼地里，中国“天眼”犹如一口银白色的“锅”，矗立在群山之间，阳光照射在铝制面板上格外耀眼。“大锅”四周树立着6座高塔，通过几十米长的钢索将颇似“宇宙飞船”的馈源舱吊在半空中。

中国“天眼”自2016年9月25日落成启用以来，已发现279颗脉冲星，是同期国际上其他望远镜发现脉冲星总数的两倍多；多次捕捉到极罕见的快速射电暴爆发；参与揭示的一种快速射电暴起源机制入选2020年《自然》十大科学发现……“中国创造”擦亮深邃“天眼”，探求着宇宙奥秘。

大器晚成，问鼎射电望远镜之巅

从宇宙星辰，到基本粒子，人类的科学發现与技术创新越来越离不开强大的科研仪器，特别是大科学装置，与创新思维共同构成了现代科学技术突破的必要条件。

中国曾是世界上天文记录最久远、最完整的国家。在超过3 000年的时间里，连续不断地记录着各种天文现象，包括日食和月食、太阳黑子、彗星和流星、客星（新星和超新星）等。中国古代天文学家编制了100多种天文历法，也发明了大量的天文仪器。

然而，近代以来，中国天文学跟其他科学技术一样，大大落后于率先完成工业革命的西方国家，很多先进的仪器见都没见过。即便在20世纪，老一辈天文学家也只能寻求与国外合作，相当于借用别人的望远镜，大多只能做一些边缘课题。

工欲善其事，必先利其器。

20世纪90年代，当国际上还在为新一代大射电望远镜怎么建、在哪里建争论不休时，怀着回报祖国的赤诚和描绘宇宙的初心，活跃在国际天文界的南仁东毅然回国，以他为首的中国科技工作者提出一个极富挑战、近乎天马行空的设想——建世界最大的射电望远镜，得到了国家支持。

“独立自主建”“利用喀斯特地貌建”“技术不成熟就一边研究一边建”，南仁东等人明确了这三点后，连望远镜要落户的喀斯特洼坑在哪都不知道，就开始着手准备了。

带着几百幅卫星遥感图，几个人踏上漫漫寻址路。要给望远镜找个最合适、节约成本的“家”，光看遥感图不行，只能用双脚“丈量”。经过反复筛选，最终在贵州省平塘县找到了大窝凼——最适合“天眼”的深深“眼窝”。

从1994年开始选址和预研究，到2016年9月25日“天眼”落成启用，南仁东率领团队用20多年帮助中国实现了追赶。

“天眼”观测的是来自遥远天体的微弱电磁信号，要求台址电磁干扰水平极低，必须减少常规强干扰源，控制小功率干扰源，防止噪声背景恶化，预防偶发干扰。为了让望远镜能“安静”地仰望星空，方圆5千米核心区里数千名群众搬离故土开启新生活；平塘县关闭了核心区内及其附近的所有通信基站；罗甸县搁置了机场项目；黔南布依族苗族自治州境内划出了方圆近30千米的电磁波宁静区……一系列举措为“天眼”筑起一道道安全运行防护网。

目光如炬，摘星于百亿光年之外

可能有人会问，既然“天眼”2016年已落成启用，为什么2020年1月11日才验收呢？实际上，要实现科学家的各种观测意图，达成稳定可靠的灵敏度，对望远镜来说并非易事。从世界最大到世界最灵敏，正是“天眼”三年多来一刻不停调试和试观测的目标和成果。它的观测范围能企及河外星系甚至百亿光年之外的宇宙边缘。

灵敏度和分辨率是射电望远镜的两大核心指标。由于星体距离地球十分遥远，到达地球时能量微弱，灵敏度是科学家发现暗弱天体的能力，而要想进一步看清遥远天体的真实面貌，就要依靠分辨率。

灵敏度是“最硬的指标”，基本被望远镜的口径限定死了。相比之下，分辨率则可以通过多台相对小的望远镜协同配合来提高。开创了建造巨型射电望远镜新模式，突破了传统望远镜工程极限，采用全新设计方案、口径更大的“天眼”，比国外同类望远镜的调试期更短，远超国际惯例和同行预期。从下面的几组数据，我们可以窥见“天眼”的身形：

大——反射面由4 450个反射单元构成，总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。如果把它看成是一口盛满水的锅，容量够全世界每个人分到4瓶水。

巧——30吨的馈源舱通过6根钢索控制，可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。

强——能看见更遥远暗弱的天体。它1分钟就能发现的星体，即使把坐标提供给百米口径的射电望远镜，对方也要9分钟才能看见。

精——500米的尺度上测量角度精确到8角秒，10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米。

“但这些设计、性能和精度不是理所当然的。”科研人员指出，“天眼”的索网结构，是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的。要实现反射面变形，对抗疲劳性能的要求极高，现成的钢索实验中都断了，如果这个材料和工艺层面的问题不解决，整个项目就要停滞。

回忆当初的“索网攻关”，科研人员记忆犹新：“我们进行了可能是有史以来最系统、最大规模的索疲劳试验，经过近百次失败，终于研制出超高耐疲劳钢索，国际上尚无先例。”

实际上，整个团队各个子系统的研制过程，几乎都是如履薄冰。从最初以南仁东为代表的几位科学家，发展到如今100人左右、平均年龄35岁、能独立自主设计建造大型射电望远镜和同类天线的队伍，前后4代科研工作者前赴后继、扎根深山。

借助“天眼”超高的灵敏度，国家天文台已经将从未被其他望远镜观测到的脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右，这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。

敢当“梦潮儿”的中国科学家希望，借助“天眼”进行银河系及周边的星际介质巡天，全面更新脈冲星和近邻宇宙的气体分布图像。一旦它发现重要特殊意义的天体，意味着发现全新的未知世界，将系统地拓展人类的宇宙视野。

人类只有一个天空，一个宇宙。回溯原初宇宙，揭示更多宇宙奥秘，这是我国建造“天眼”的原动力，也是终极目标。

延伸阅读中国“天眼”

中国“天眼”，全称“500米口径球面射电望远镜（简称FAST）”，是中国独立自主设计并建造的世界最大的单口径射电望远镜。这只“观天巨眼”设计之初便拟定了一系列科学目标，以推动全球科学家在这些科学领域取得新的突破。

原本除了中国“天眼”之外，世界上还有另一座可与之比肩的大射电望远镜——美国阿雷西博射电望远镜，1962年便建成投入使用。迄今为止已经帮助全世界科学家取得了一系列重大科学成果，包括一项诺贝尔物理学奖。不过令人惋惜的是，2020年12月1日，服务天文学长达58年的阿雷西博设备因老化发生坍塌，悬吊设备平台砸穿望远镜巨大反射面，最终退出历史舞台。如今，全球只剩下中国“天眼”一只“眼睛”了。

中国“天眼”的首要任务是进行对脉冲星的发现。这些脉冲星有什么用呢？脉冲星是一种非常稳定的宇宙“星点”，它能够稳定并且持续性地发出信号，而我们可以根据脉冲星的这个特点，建立宇宙导航系统，而宇宙导航系统是人类未来进入太空的重要“突破口”。同时，中国“天眼”还有一个大家比较关心的任务，那就是进行地外生命的搜寻，这是一个非常具有科学挑战的任务。中国“天眼”能够看穿137亿光年，如果在这个区域内有地外生命发出信号，那么它都能够接收到。