看穿 137 億光年，中國天眼會幫我們找到「三體星」嗎？｜創新大會 2021_風聞

你想看多遠？你能看多遠？

1996 年，中國的天文學家第一次踏上位於貴州省克度鎮南面的「大窩凼」。在葱蘢綠樹和嶙峋怪石並存的巨大「天坑」裏，前來的人驚訝地發現藏匿於其中的煙火氣。凼底居住着 12 户人家，房屋錯落有致，稻田和果樹茂盛遍地。如果不是他們的到來，這個神秘的聚落將以這種形式存續下去。

然而，「外人」的接踵而來增添了另一層神秘感。起初，周圍人以為那裏埋有礦產，後來又傳説發現了外星人留下的東西。不過，令他們意想不到的是，未來在那裏要做的事情還真和地外文明有關。

大窩凼所處喀斯特地貌所特有的「漏斗」天坑羣，一方面減少開挖量，節約經費；另一方面，作為天然的滲水漏斗（水漏到地下的暗河），免除了對暴雨積水的擔憂。這成為「中國天眼 FAST」落建的絕佳優勢。比如美國的阿雷西博（射電望遠鏡）就是建造在波多黎各島的喀斯特地貌上。

中國天眼造好之前，阿雷西博是最大的單面口徑射電望遠鏡。通過它，天文學們家發現第一個脈衝雙星系統，進而間接證實引力波；發現第一顆毫秒脈衝星；發現第一個重複出現的快速射電暴……如果用更加通俗的説法理解此類設備的意義，阿雷西博被評為人類二十世紀十大工程之首，超越阿波羅登月。

1974 年，擴建後的阿雷西博口徑達到 350 米，往後推 20 年，中國最大的射電望遠鏡也只有 25 米口徑，剛剛落成在新疆天文台。不過，同樣在 1993 年，南仁東擔任北京天文學會理事長。國際無線電科學聯盟（URSI）建立大射電望遠鏡工作組，推動新一代大射電望遠鏡（SKA）的建造。南仁東想促成這個國際性項目最終選址在中國。

貴州有 3000 多個窪地被遙感技術捕捉到，一系列分析和研究之後，南仁東等人要對 100 多個重點地址實地考察。最終 SKA 沒有選址在中國，但是南仁東也決定建中國自己的「天眼」。

從 25 米到 500 米的跨越，以今天的眼光看，仍然是個超級「大膽」的故事。做個對比，天眼造價花費 11.5 億人民幣；在 1983 年列入國家重點工程建設項目的北京正負電子對撞機總投資 2.4 億。不僅是技術難度的陡然提升。直到 2007 年，中國天眼才獲得正式批准，它所需要的經費體量，對大量優秀人才的需求等等，遠遠超越了那個時代所能「供給」。

1931 年，卡爾·央斯基（Karl Guthe Jansky）發現了來自銀河系的無線電波。光波透不過宇宙中的塵埃，但是無線電波可以。於是人們也説，用射電望遠鏡，是去探索我們「看不見」的宇宙。

被稱為 20 世紀 60 年代天文學四大發現——脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子，都是通過射電天文的手段取得。基於這四大發現，產生了五項諾貝爾獎。

與光學望遠鏡不同，射電望遠鏡用形似碟狀的天線接收無線電波，然後反射到懸吊着的饋源艙。天線越大，看得越遠，中國天眼的反射面積有 25 萬平方米，能夠接受 137 億光年之外的電磁信號，理論上，它是目前「看」得最遠的望遠鏡。

不久前，重達千噸的饋源平台坍塌，讓阿雷西博的命運終結。相比之下，天眼將改變光路跟蹤的複雜性降到地上，把饋源艙做得輕巧，只有 30 噸。

天眼對於阿雷西博的超越不僅是反射面的擴大，更是想在固定反射面的基礎上，造出主動反射面。於是他們要造一種能夠實現反射面「變形」的索網結構。

天眼共有 4450 個反射單元，2225 個主索節點以及相同數量的下拉鎖，並由液壓觸控器下拽着。這種結構可以隨着天體的移動變化，帶動索網上 4450 個反射單元，在射電電源方向形成瞬時拋物面。

如果將饋源艙的外形形象地比喻成望向太空的「眼睛」，極客公園創始人張鵬總結道，阿雷西博是讓眼睛「動」了起來，天眼的創新性和複雜性在於讓「大腦」（反射面）動了起來，大腦需要比眼睛調動的肌肉更多。創新必然意味着缺少可借鑑性。天眼索網對鋼索強度要求為 500 兆帕，抗 200 萬次彎曲，高出國際水平的 2.5 倍，此前沒人實現過。

但是有些時候，絕對信念可以轉化成一份必然的運氣。由南仁東所堅持的索網最終造出了 500 米口徑射電望遠鏡，對比阿雷西博，綜合性能提高了 10 倍。

2017 年 10 月 10 日，中科院和國家天文台首次發佈中國天眼發現六顆已得到國際認證的脈衝星。這是南仁東去世後第 25 天。天眼是一個從選址、立項到施工，跨越二十多年，極其漫長的工程，也幾乎消耗了南仁東生命後半程的所有精力。

2005 年，南仁東身體狀況每況愈下，加上資金申請不順利，「在這個滿地都是金錢的年代，我這些學生在看星星。他們都是很優秀的人。現在跟我跑山溝，做的這些，跟經濟環境格格不入。他們怎麼辦？」他話裏透着極度的焦慮。但也意味着，如此重要的科研工程改變了包括他在內的那一代人的生命軌跡。

2020 年，天眼正式投入運行，很快就為射電天文學做出了貢獻。它為快速射電暴（FRB200428）的發現提供了重要線索，快速射電暴作為一種來自宇宙深處的高能天體物理現象，整個爆發過程僅僅維持幾毫秒，卻相當於太陽在一整天內釋放的能量。自從 2007 年人類首次發現快速射電暴以來，始終沒有鎖定該現象發生的起源。而去年美國和加拿大同時觀測到的快速射電暴被認為與一顆已知的磁坨星有關。

接下來天眼將會觀測中子星，也會探測宇宙中的中性氫，從而探究宇宙起源和演化，甚至最終搜索可能的星際通訊信號，也就是常説的地外文明。

90 年代中期，推動大射電望遠鏡的建設意味着我們可以向更高的信息技術轉型，與之有關的產業都會升級換代。更加重要的是，它是一種綜合實力的映射，是一件非常困難又不得不做的事情。

但是如果今天被問起，人類為什麼要用射電望遠鏡觀測脈衝星，科學家們的回答或許很難將其與普通人生活聯繫起來。

也會有人説，因為天眼所研發的抗疲勞索網技術，後來被應用在了港珠澳大橋的建設中。這樣的例子並不少見。氣墊鞋、集成電路…這些阿波羅計劃的技術「衍生品」，也真切地改變了現實世界的模樣。

不過科學家們不會帶着造出氣墊運動鞋的目的，將宇航員送上月球。更多時候，像天文學這樣基礎科學的研究和推動在當下時間點看起來毫無用處。

出發點還是滿足我們人類一個又一個的好奇心。比如「到底存在外星文明嗎？」幾乎每個人疑問過，但是隻有當觀測技術和設備取得巨大進步，達到一定能力後，關於它的討論才會變得更有意義。