有人認為FAST是燒錢作假——聽蝲蝲蛄叫就不種莊稼了？ | 袁嵐峯_風聞

導讀

　　天文專業人士都知道，單口徑大望遠鏡和望遠鏡陣列是兩個不同的發展方向，各有所長。前者是靈敏度高（即可以探測到很弱的信號），後者是分辨率高（即可以分辨出相距很近的兩個信號）。如果連這種基本問題都搞不清，FAST怎麼可能通過立項呢？

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　　西瓜視頻：

　　https://www.ixigua.com/6885913678374240771

　　本視頻發佈於2020年10月21日，一天內播放量已超三百萬

　　最近，不少人轉給我一段聊天記錄，號稱是“科大校友羣中學天體物理的老校友對中國投資6.7億天眼造成浪費的討論”，並且説“這種浪費及一窩蜂去搞芯片戰術不可取……”。這裏説的“天眼”，就是位於貴州大窩凼的500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST），世界最大的單口徑射電望遠鏡。

　　FAST建設之前（左上）與建設之中（下）以及設計簡圖（右上）。圖片來源: Li & Pan (2016)

　　（天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生）

　　這段聊天記錄中否定FAST的理由，主要是過去50多年來發展出了新的孔徑合成技術（aperture synthesis technique），把若干個小的望遠鏡組合起來，等效於一個大的望遠鏡。所以國際上已不再發展FAST這樣的大口徑望遠鏡，“但是天眼迎合了一些國人和領導的喜好，在國際上爭第一，不管這是什麼樣的第一”。

　　他們痛斥FAST是“在設計之初，其設計理念已經落伍”。“燒人民血汗！科研真正有用的成果在哪裏？芯片大躍進又來了！無非繼續燒錢作假。”“這科學院怎麼如此落後愚味？還吹成世界第一，真是地界笑話！”

　　不少人問我對此怎麼看，我基本的回答就是一句話：

　　聽蝲蝲蛄叫就不種莊稼了？

　　具體一點的解釋是：

　　如果去搜一下反相對論、反量子力學的文章，立刻就可以搜出一大堆。還經常有人説量子通信是假的，潘建偉是騙子。

　　這種專業問題，你如果想了解，就需要先把自己變成專家。如果不願意花時間精力去學，或者學不懂，那就或者沒有態度，或者直接聽專家的。許多人的問題就是，不懂還喜歡瞎摻和。

　　天文專業人士都知道，單口徑大望遠鏡和望遠鏡陣列是兩個不同的發展方向，各有所長。前者是靈敏度高（即可以探測到很弱的信號），後者是分辨率高（即可以分辨出相距很近的兩個信號）。各自有適合的領域，不是有了一個另一個就沒用了。實際上，研究者都會盡量將兩種方法的觀測數據結合起來。

　　如果連這種基本問題都搞不清，FAST怎麼可能通過立項呢？

　　FAST的設計者和建造者、中國科學院國家天文台研究員南仁東（1945 - 2017）

　　此外，我的朋友、南非大學非洲可持續發展能源研究所教授劉歆穎指出：

　　國際上有一個著名的望遠鏡陣列叫做SKA（即Square Kilometre Array，平方公里射電陣），它正在興建中，中國也是其中的一個主要參與者。在SKA項目的早期，中國提出了在西南地區建造約三十個直徑兩百米以上的射電望遠鏡的方案KARST，FAST最初就是這個KARST陣列的一部分。

　　在夜間運行的第一階段SKA。圖為SKA反射面天線和低頻孔徑陣列，背景為MeerKAT和ASKAP反射面天線

　　（https://www.sciping.com/31304.html）

　　我的同事、科大天文學系教授蔡一夫指出：

　　FAST剛剛就有兩篇Nature文章被接收，即將見刊，還發現了數個新快速射電暴，怎麼會有人認為是燒錢作假呢？另外FAST有一個很大的進步，就是因為射電數據一般都是海量的數據，所以他們自己開發了一套快速篩選物理信息的算法。國際上，好像已經有很多研究組在陸續使用這個方法了。

　　這兩位是比較專業的評論，還有不少朋友提供了短評。

　　例如我的朋友A表示：太不尊重專業人士了，這已經不是文盲領導當政的年代了。

　　我的朋友B表示：那些微信圈的討論，造的人還不知道嗎？説的好像造FAST的人不知道小望遠鏡聯網似的。

　　我的朋友C表示：FAST可有用了，替貴州旅遊行業創收都不止建造的那點錢了。

　　我的朋友D表示：相對於北京的房價，FAST是太便宜了，6.7億一棟樓都買不起。讓科學家去探索一下，即使一無所獲，又能怎樣？

　　很好，看來大家都很明白道理。然後，我的朋友E提了一個建設性的問題：FAST下一個可期待的發現是什麼？有沒有內部劇透？

　　我的回答是：可以參見“風雲之聲”轉的我的兩位天文學家朋友的文章，鄭徵博士的《天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生》和劉博洋博士的《“中國天眼”啓動地外文明搜索，真的能找到嗎？| 天文八卦學》。

　　稍微具體地介紹一下。FAST的設計工作頻率是70至3000 MHz，與收音機及手機信號的頻率類似。在這個頻段內，FAST是全世界最靈敏的，你在附近打個手機都會造成嚴重的干擾。所以FAST周圍5公里內被設置為無線電靜默區，去參觀的人都必須先把手機、電腦、數碼相機等電子設備寄存了，不許帶進去。甚至連景區旅遊車的啓動打火，都做了屏蔽處理。

　　我2016年應中央網信辦和貴州省之邀參觀了FAST，發現貴州省給它起了個很文藝的名字，叫做“靜旅遊”。當時印象很深的就是進入景區之前先存設備，當天晚上在星空下搭帳篷露營。大家沒有手機都悵然若失，擔心怎麼跟家裏聯繫。組織者表示：你們可以用旁邊的電話。這時我才發現，許多人忘記了有一樣東西叫做“固定電話”！

　　當時還有很多媒體記者跟我們同行，寫了很多報道。不過記者對科學所知有限，寫不了FAST能幹啥，只是發了一大堆文藝的感慨，例如：在這樣的“靜”環境中，“拋棄了俗世紛擾，更能讓人面對自己的心靈，思考人生”（http://news.sina.com.cn/o/2016-11-07/doc-ifxxmyuk6173099.shtml）。

　　FAST夜景

　　（http://news.sina.com.cn/o/2016-11-07/doc-ifxxmyuk6173099.shtml）

　　好吧，思考完了人生之後，你肯定還想問：FAST到底能幹啥？

　　基本的回答是：FAST科學委員會已經遴選並啓動了五項優先和重大項目，並將50%的觀測時間用於這些項目。這五個大項目是：

　　（1）多科學目標漂移掃描同時巡天；

　　（2）銀道面脈衝星巡天；

　　（3）脈衝星測時；

　　（4）M31中性氫成像和脈衝星搜尋；

　　（5）快速射電暴。

　　再簡化一下，前四個是脈衝星和中性氫，最後一個是快速射電暴。

　　先來説脈衝星（Pulsar）。它是一種以很精確的週期發出脈衝電磁信號的天體，精確到可以作為時鐘。一般認為脈衝星就是中子星，即完全由中子組成的星球，週期性信號是由中子星的快速旋轉造成的。

　　2017年8月22日，FAST還在調試期間，就發現了一顆脈衝星。目前FAST已經探測到了100多顆新的脈衝星，在整個巡天中預期會發現上千顆脈衝星。

　　FAST發現的第一顆脈衝星藝術想象圖（上圖）和第一顆毫秒脈衝星（下圖，其脈衝週期約為5.19毫秒），圖片來源：王培

　　（天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生）

　　第二個是中性氫，也就是氫原子，即一個質子加一個電子，最簡單的原子。這個最簡單的原子之所以重要，是因為它是宇宙中最常見的原子，星系內氣體和恆星的主要材料都是氫原子。

　　M31是距離銀河系最近的大型旋渦星系。上圖為M31的光學波段照片；下圖為用26米的射電望遠鏡拍攝的M31中性氫21釐米線圖像（左下），以及用21釐米線測得的M31不同部分的速度（右下）。光學圖片來自Toren Hansen (wikipedia)，中性氫圖片來自Chemin, Carignan & Foster（2009）

　　（天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生）

　　FAST之前最大的射電望遠鏡，是位於波多黎各的阿雷西博望遠鏡（Arecibo Radio Telescope）。FAST的口徑是500米，阿雷西博望遠鏡的口徑是305米。

　　阿雷西博望遠鏡（圖片版權：阿雷西博天文台 H. Schweikerm）

　　（“中國天眼”啓動地外文明搜索，真的能找到嗎？| 天文八卦學）

　　阿雷西博望遠鏡曾經做過中性氫巡天，大約掃過了天空的1/6，探測到了3萬多個河外星系。這是迄今最深的大面積河外中性氫巡天。現在FAST的漂移掃描巡天打算全面超越它，將覆蓋超過1/2的整個天空，預期看到幾十萬個河外星系。

　　阿雷西博望遠鏡獲得的銀河系氫原子氣體分佈圖像（三張局部拼接，來自GALFA-HI巡天）

　　（“中國天眼”啓動地外文明搜索，真的能找到嗎？" alt=“500” />　　不但如此，FAST還打算同時搜尋中性氫和脈衝星的信號，以前這兩種巡天都是分開進行的。這就是前面提到的第一個項目，FAST多科學目標同時巡天（Commensal Radio Astronomy FAST Survey），英文簡稱CRAFTS。這種新技術將大大加快巡天的速度。

　　CRAFTS計劃（crafts.bao.ac.cn；Li et al. 2018）

　　（天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生）

　　最後一個是快速射電暴（英文Fast Radio Bursts，簡稱FRB）。它是一種非常強大的射電爆發，在幾毫秒至幾十毫秒內就能釋放出太陽在一整天內釋放的能量。這種現象最初是2007年發現的，目前我們還不知道它的物理來源。2018年11月，FAST發現了第一個新的快速射電暴FRB181123（天眼看宇宙：從脈衝星到外星人 | 賽先生）。後續更多的觀測，可能會為我們揭示出謎底。

　　讓快速射電暴在公眾當中名聲大噪的，是2019年1月初，“加拿大氫強度測繪實驗”射電望遠鏡（CHIME）報道了在兩個月內探測到的13次FRB事件，其中有一個FRB信號重複出現了6次之多（外星人來了？就好比半夜聽到動靜，非説“不排除是鬧鬼” | 中國日報）。

　　13個快速射電暴的動畫示意圖（動圖）

　　許多媒體説，這是外星人的信號。

　　英國《衞報》的標題：來自宇宙深處神秘的快速射電暴“可能是外星人”

　　於是這則消息一下子刷爆了朋友圈，許多人驚呼：“不要回答！不要回答！！不要回答！！！”

　　不要回答！

　　我在當時接受《中國日報》（China Daily）的採訪時（外星人來了？就好比半夜聽到動靜，非説“不排除是鬧鬼” | 中國日報），就指出：刷“不要回答”的朋友們可以理解，不過即使你想回答，現在也完全沒有技術手段啊。

　　具體到FAST而言，它是一個接收裝置，而不是發射裝置。即使你想像葉文潔一樣向地球外發射信號，你也發不出去。

　　葉文潔與紅岸基地

　　這就引出了我們要討論的最後一個問題：聽説FAST開啓了對外星文明的探測，這是真的嗎？

　　回答是：真的。FAST的主管單位是中國科學院國家天文台，2020年4月28日，他們的網站報道了“FAST開啓地外文明搜索”的消息（http://www.nao.cas.cn/xwzx/kydt/202004/t20200428_5565266.html）。

　　FAST開啓地外文明搜索

　　具體地説，地外文明搜索（Search for ExtraTerrestrial Intelligence，簡稱SETI）是FAST的五大科學目標之一。越來越多的地外行星的發現，加上儀器和觀測能力的革命性進步，引領了SETI研究的復興。由於FAST在某些頻段有最高的靈敏度，它必然會成為SETI的主力軍。

　　當前各主要參與SETI研究的望遠鏡在相同觀測參數下的靈敏度對比（來自Margot等人所撰寫的“天文2020”建議書）

　　（“中國天眼”啓動地外文明搜索，真的能找到嗎？" alt=“500” />　　FAST團組在2020年4月27日，發表了對SETI巡天的量化展望。基於對超級地球GJ 273 b的試觀測和對地外文明各向同性等效功率（EIRP）的測算，FAST有潛力探測到類地地外行星巡天衞星（TESS）將公佈的數千顆地外行星上的類地文明，以及近鄰星系仙女星系（M31-Andromeda）中的第二類卡爾達肖夫（Kardashev type II）或更先進的文明。

　　對SETI巡天的量化展望（http://www.nao.cas.cn/xwzx/kydt/202004/t20200428_5565266.html）

　　這裏提到的第二類卡爾達肖夫文明，可以參見我2015年的文章《中國科技實力正以多快的加速度逼近美國》（中國科技實力正以多快的加速度逼近美國 | 袁嵐峯），那裏的音譯是“卡達謝夫”。第二類卡爾達肖夫文明的意思是：能夠用整個恆星的能量向外傳輸信息的文明。

　　卡達謝夫標度

　　如果你聽不懂上面這一大堆術語，沒關係，基本點就是一句：FAST有希望發現外星文明！

　　不過，宇宙如此廣闊，智慧文明可能發射的信號種類不計其數，而我們只是在某些電磁波段守株待兔而已，甚至連人家發的是不是電磁波都不知道（接收不到外星文明信息，是因為數學體系不一樣？" alt=“500” />　　這絕不意味着FAST找到外星人的希望很大，更不意味着已經找到了外星人。所以，我們最好的態度就是平常心，以科學進步為目的，而不是以一定要找到什麼為目的。

　　説到底，好奇心才是科學最根本的推動力。像FAST和不久前發射的火星探測器、稍後將要發射的嫦娥五號這樣的“天問”，將帶領我們超越自我。