馬平：用21世紀的方式，去看21世紀的奇蹟
【文/觀察者網專欄作者 馬平】
按照活動安排，我7月30日從貴陽出發，去看一口500米口徑的“鍋”——世界最大的射電天文望遠鏡。雖然我是一個天文外行，雖然望遠鏡還沒有啓用，雖然只能在外圍的觀景台上俯瞰“天眼”，我還是抱着“朝聖”的心態向望遠鏡前進，來懷念我童年的一段記憶：
80年代中期，剛剛擁有閲讀能力的我得到了一本科普書：《通向宇宙的新窗口》
（原書壓在地下室裏，圖片來自孔夫子舊書網）
雖然時至今日我也不知道作者何一平的真實身份，但我不得不感嘆一句寫得好。全書從太陽對雷達的干擾寫起，對射電天文學娓娓道來，一直講到最新（當時）的成果和發展預期。讀何先生的文字，讓你感覺自己並不是一個正襟危坐聽報告的學生，而是與作者同車出行的老友，聽他一路介紹沿途景色，在親切而平等的對話中增加見聞。從此我就知道人眼能看到的星空並不是宇宙的全部，知道人類為了超越可見光譜，建造了幾百台沒有透明鏡片的巨型射電望遠鏡，知道美國科研機構已經在波多黎各建設幾百米的射電“大鍋”，知道我國規劃中的望遠鏡也只有幾十米口徑……30年後的今天，不用出國，就能看到無可爭議的世界第一射電望遠鏡，雖然自己不是天文工作者，也會對童年的記憶感慨萬千。
從貴陽到望遠鏡所在的平塘縣，汽車要開兩三個小時——恰好趕上建軍90週年大閲兵。如此精彩的直播，看不到實在可惜。同車的朋友忽然想到，比亞迪的車配了4g網卡，還有車載電腦的大屏幕，不如一試。
打開車載電腦，是安卓系統，臨時下載了一個央視的app，打開直播……驚喜撲面而來！
有直播可看，我放棄了試駕的想法，安心看沙場閲兵。否則的話，看着微信羣裏驚呼不斷，看着別人讚歎新裝備，就算是朝聖之旅，也不會安心享受旅行的。坐了幾十年的車，在車裏看直播（大屏），這還是頭一次。
到了景區，換乘旅遊區的內部車輛，手機和照相機就必須交出來了，因為望遠鏡雖大，探測的信號卻十分微弱。之前有人指出，全世界射電望遠鏡工作幾十年，接受的全部信號都不如幾個雨滴落地能量強，融化不了一片雪花。現在平塘“大鍋”投入使用，就算能在總接受能量上加一兩個雨滴，也經不起現代無線電的“污染”。所以，我理解景區的安排，只是遺憾不能和大鍋來一張自拍合影。
再往裏走，就要加幾句吐槽了。射電望遠鏡算得上世界級的科學工程，借旅遊開發的機會，本應建設一個世界級的科普基地，但就目前的佈置來看，這個“科”字很值得懷疑。在通往觀景台的路上，每個休息平台中間都豎了一根巨大的浮雕柱，上面刻着星座圖樣和……星座運程。上下通道各六個，正好是12黃道星座算命法。在距離“天眼”幾百米的地方看到這個佈置，我無言以對。
當然，絡繹不絕的遊客，很多也不介意這一點，因為從他們的交談中可以聽到，他們在盛夏帶孩子來此，就是要“開天眼”，改運程，提高成績的。星座運程什麼的可能正合他們的心意。走到山下的旅遊服務部，除了一兩個望遠鏡模型之外，其他的紀念品和天文、科普沒有任何關聯。無論有意無意，景區似乎也在很大程度上利用了“開天眼”的口彩來宣傳自己。至於當地旅遊局拿出來和“天眼”並稱的“天坑”與……“天書”，更是難以直視。大家可以自己去查查。中國的科普工作和旅遊業的發展還是任重道遠啊。
（近景為建設中的觀景台，現已建成）
拋開這些不快，天眼本身還是非常壯觀的。觀景台距離望遠鏡只有一二百米，500米直徑的視覺衝擊，加上直指蒼穹之外的意向，即便只看一眼，也足以讓我感慨“不虛此行”。
雖然在貴州平塘選址，很重要的一點是看上了底部近乎球面的凹地，但“大鍋”並不是緊密固定在地面上的，而是由4000多塊正三角型活動反射板拼合而成。三角形每個頂點上都有一個“下拉索促動器”即計算機統一控制每個頂點和地面之間的距離，可以在百分之一秒內做出變化。從示意圖上可以看到，每個三角形有3個頂點，而每6個頂點共享一個促動器，所以一共有2000多個促動器，控制着整個曲面隨時變化。
（三角形反射板，薄到幾乎透明）
（安裝在三角形反射板頂點的促動器）
為何要讓曲面不斷變化呢？
我們可以看一下被“天眼”超越的前任射電望遠鏡冠軍——波多黎各阿雷西博望遠鏡。阿雷西博望遠鏡也同樣建在一塊凹地上，底部修成了標準球形。眾所周知，球形反射鏡會把平行信號反射到一條線上，而拋物面會把平行信號反射到一個點上。從遙遠天體射來的信號，可以視為平行信號，理論上説反射到一個點要比反射到一條線有利得多，更方便收集信號，阿雷西博望遠鏡卻恰恰選擇了球面反射方式，這是因為人類無法控制地球的運動。
（拋物面反射把主軸方向的平行信號匯聚到焦點，球面反射把任意方向的平行光匯聚於一條線）
射電望遠鏡要隨着地球的運動而運動，所以，如果射電望遠鏡的位置不調整，指向也會在天空中畫出一條曲線，沒法精確瞄準一個物體，或者説任何目標都會在望遠鏡的視野中一掠而過，沒法連續觀測。所以早期的射電望遠鏡都是可以轉動的拋物面。
（60-70年代建設的密雲射電望遠鏡）
但可以轉動，意味着就不能做的太大。否則沒有那麼大的機器可以驅動反射面，反射面自己也會因為重力而變形。但天文望遠鏡的分辨率和口徑成反比，收集信號的強度和口徑的平方成正比，所以為了追求分辨率，下一個思路就是把望遠鏡固定在地上以擴大口徑，類似於天眼和波多黎各阿雷西博望遠鏡。
（阿雷西博望遠鏡）
固定在地上，球面就優於拋物面了——球面沒有指向性，任何方向來的平行信號，都可以反射到某一條線上。隨着地球的轉動，目標在天空中相對運動，就把線狀的信號接收器轉動到相應的方向，也可以集中信號。這就是阿雷西博望遠鏡的做法。但信號不聚焦於一點，終究是信號太弱。美國在望遠鏡中心掛了幾百噸的一個超級接收器（饋源艙），才勉強發揮出望遠鏡數百米半徑的優點。
所以，射電天文學家的夢想就是集中轉動天線、固定天線，拋物面、球面的優點，打造一個足夠大，運動靈活，還能聚焦於一點的望遠鏡，研究遙遠星體的無線電波。（當然反過來也可以靈活地發射無線電）
這就是“天眼”用4000塊多面板和2000多個促動器實現的目標——隨着星體的移動，隨時在“大鍋”的球面內部組合出一個拋物面。拋物面跟着星體運動，只要星體還在“大鍋”上空，就能連續觀測，而信號又時刻集中於一點，用一個10噸的饋源艙就能完全接收。此外，由於傳感器能隨時判定每一塊麪板的位置，風力乃至地面變形對反射面的影響也會隨時得到補償，聚焦精度遠遠超越以往的拋物面望遠鏡。
（“鍋底”始終形成一個可動的拋物面，時刻把主軸指向要觀測的目標）
和波多黎各那個300多米的大鍋相比，或者説德國伯恩100米可轉動望遠鏡相比，“天眼”可以説兼顧了雙方面的好處，口徑上又遠遠超過，是一個劃時代的產物。表面上看，“天眼”只是藉助地勢和中國的超強土木工程能力造了一口超級“大鍋”，但實際上，它是21世紀信息技術和工程能力結合，製造的科學奇蹟。不意外的話，兩年後“天眼”正式運行，必然會做出驚人的發現。
返回的路上，我也在思考：雖然“天眼”很驚豔，客觀來説，中國企業在很多工業門類上尚待追趕。就拿坐着的汽車來説，汽車工業反映了各國在第二次工業革命方面的積累。中國現在已經是世界第一的汽車生產大國，但2016年世界汽車銷量排行榜上，前十名都不是中國品牌。要追趕世界先進水平，一方面必須在繞不過去的工業門類上“補課”，另一方面也可以積極利用第三次工業革命的成果，嘗試“彎道超車”。
比如説，在去看“天眼”的路上，比亞迪的智能車載系統可以讓我在大屏幕上看閲兵直播，這除了説明汽車和網絡技術的結合，這也説明汽車電力系統提供了充沛的電力，可以為車載電腦提供越來越多的功能。
而車載電力充沛，意味着汽車要管理前所未有的電池系統——這需要計算機自動檢測每一塊電池的狀況，調整負載，才能讓幾百塊電池聯動起來，和能量密度更高的燃油發動機競爭，更快地趕超歐美的先發優勢。
從這個角度説，電動車企的電池管理系統，和“天眼”協調數千個促動器的計算機系統有異曲同工之處，都是用信息時代的技術改造20世紀的設計，實現前所未有的功能。
波多黎各的阿雷西博望遠鏡建於1963年，開始是固定的金屬網，1974年升級為固定金屬板，1980年再次擴建到366米直徑。但無論怎麼擴建，貴州“天眼”（縮寫為FAST）已經在更高的層次上壓了過去，在可預見的將來也必然是世界最強大的射電望遠鏡。希望這種趕超能成為中國科技發展的常態，希望中國工業的目標像“fast”望遠鏡一樣遠大。
本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平台觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閲讀趣味文章。