觀天巨眼FAST：讓中國射電天文領先世界二十年

它能看穿130多億光年的區域。作為世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，“中國天眼”大大拓展了人類視野，對促進我國天文學現重大原創突破具有重要意義。

◎本報記者 何星輝

實 習 生 周泓汛 張 華

緊閉的電動門，擋住了去路，“正在觀測”的警示牌格外醒目。這是貴州平塘大窩凼——“中國天眼”所在地。

誰能想到，20多年前，這裏還是一個人跡罕至的地方。而今，大山環抱之下，一個“觀天巨眼”靜卧在大窩凼裏，仰望蒼穹，以“一眼千年”的神技獨步世界。

“中國天眼”的學名是500米口徑射電望遠鏡（FAST），其發射面積相當於30個標準足球場那麼大。如果在裏面倒滿礦泉水，全世界70億人平均每人可分4瓶。

作為目前世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，它將讓中國在射電天文領域領先世界20年。從跟跑到領跑，這背後，是中國不斷崛起的科技力量。

造“鍋”：歷時22年建成觀天巨眼

意大利天文學家伽利略首次發明瞭望遠鏡，把宇宙拉近到人類面前。射電天文學則讓人認識到另外一個全新的世界，一個不能由人的感官所感受的全新世界。

20世紀30年代，射電天文學興起。繼美國工程師央斯基發現了發射自銀河系中心的無線電波後，美國科學家格羅特·雷伯在自家後院架起專門的天線，用以探測來自天空的射電，被星際塵埃遮蔽的廣闊太空世界，第一次為人們所認識。而後，類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射這四大天文發現，讓射電天文學迅速崛起。

不過，射電天文學與其他學科的重大不同之處，就在於它是以觀測為基礎的學科。觀測直接依賴於技術，射電望遠鏡口徑越大，觀測的靈敏度就越高。

1993年，在日本東京召開的國際無線電科學聯盟大會上，與會科學家提出，要在全球電波環境惡化到不可收拾之前，建造新一代射電“大望遠鏡”。時任中國科學院北京天文台副台長的南仁東坐不住了，他向同事提出：“我們也建一個吧！”

南仁東所設想的，是一個500米口徑的超級射電望遠鏡。但是，當時世界上最大的射電望遠鏡——阿雷西博射電望遠鏡，口徑也才305米。相比之下，當時中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米，不管是技術還是設備都非常薄弱。

在很多人看來，南仁東的想法簡直是天方夜譚。但他並非一時頭腦發熱。多年來，在觀測上依賴外國射電望遠鏡窘境，讓他太想擁有屬於中國自己的超級望遠鏡。

選址、論證、立項、建設，哪一步都不容易。

為了給“大望遠鏡”安家，科學家們通過衞星遙感把貴州喀斯特山區翻了個遍。南仁東從200多張遙感圖像裏，挑選出所有接近圓形的窪地，然後悶着頭鑽進貴州的大山裏，最終將目標鎖定在了貴州平塘的大窩凼裏。從1994年啓動選址，至此已經過去了12年。

“中國天眼”的建設，是一個史無前例的超級大工程，涉及天文學、力學、機械工程和岩土工程等各個領域，每一個領域幾乎都是開創性的工作，國際上沒有成熟的經驗可以借鑑，南仁東帶領他的團隊一步一個腳印，終究踏平坎坷成大道。

2016年9月25日，“中國天眼”建成。

堅守：科研“鐵軍”託舉大國重器

2017年10月，中國科學院國家天文台對外公佈，“中國天眼”發現2顆新脈衝星，距離地球分別約4100光年和1.6萬光年。

這是我國射電望遠鏡首次發現脈衝星，距“天眼之父”南仁東病逝不到1個月。南仁東真正走進大家視野，是他去世前在央視那一次，他用孱弱沙啞的聲音緩緩説出那一句：“FAST是全世界最先進、靈敏的射電望遠鏡，將探索宇宙百億光年的微弱信號。”

為了鑄就這口“大鍋”，南仁東耗盡了一生心血。最終，“中國天眼”開了“眼”，他卻永遠閉上了雙眼。但是，他為中國射電天文學開啓了一個10年至20年的“黃金期”。

令人欣慰的是，無論是在調試期間，還是正式投入運行，“中國天眼”的表現沒有讓人失望。

截至目前，“中國天眼”已發現脈衝星逾370顆，並在快速射電暴等研究領域取得系列重大突破，是當之無愧的“世界第一”。

FAST中心常務副主任、總工程師姜鵬説，“中國天眼”背後，是一支託舉起大國重器的科研“鐵軍”，面對惡劣的自然環境和零起步的科研項目，FAST團隊20多年如一日，默默堅守，攻堅克難。

2008年，潘高峯博士畢業後加入FAST團隊，他説，13年風風雨雨一路走來，經常能遇到“山窮水盡疑無路”的絕境，也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悦。現為FAST中心綜合管理部主任的潘高峯，先後完成FAST饋源支撐六塔選址、大跨度柔性六索並聯機器人研製建設、動光纜研製等任務。

清華學子姚蕊攻讀研究生階段便進入FAST項目組，如今已成長為FAST中心機械組組長。在FAST建設期間，她探索解決FAST饋源艙超重問題的創新方法，最終摒棄多年圓柱體形狀的設計方案，創造性研製了現在的“鑽石三角形”饋源艙。

從姜鵬開始，孫京海、甘恆謙、於東駿、錢磊……幾乎每個人都有説不完的故事。

在大窩凼裏，和南仁東一樣的這羣百人科研“鐵軍”，默默守護着“中國天眼”。

開放：“中國天眼”讓人類看得更遠

曾經“世界第一”的美國阿雷西博望遠鏡發生坍塌之後，“中國天眼”便成了如今全球唯一的超大型射電望遠鏡。正因為卓越的綜合性能，“中國天眼”對於天文觀測和天文研究的重要性不言而喻，這也使得世界各國的科學家紛紛想要藉助“中國天眼”開展研究。

2021年3月31日起，“中國天眼”面向全球開放，各國科學家均可提出申請，經審核後可使用“中國天眼”開展觀測和研究。雖然射電天文學的初衷就是為讓人類看得更遠，但是，“中國天眼”是我國自主研製的先進大型天文觀測設備，國際上並沒有任何一個硬性規定要求中國與全世界共享。因此，中國的這一舉動，堪稱國際科技界的一股清流。

姜鵬透露，目前，來自國內外的天文學家申請觀測非常踴躍，不過“中國天眼”今年將只對外開放10%的觀測時間。“申請觀測的方向，基本覆蓋了中低頻射電望遠鏡的前沿科學問題。”

觀測時長是科學產出的重要保障，讓姜鵬欣慰的是，“中國天眼”運行情況穩定，每天可以保證20個小時左右的觀測時長，每年大概可以運行7000個機時，去除維護和測試時間，正常觀測時間應該不少於5000個機時。

“我們不只是做世界最大——要做最大很容易，滿地鋪，總能鋪出世界最大，但如果要做成好用的望遠鏡，就是不同難度級別的挑戰。”姜鵬説，在調試期間，FAST團隊就已經把建設時遺留的一些問題解決了。目前，針對超級數據的傳輸和儲存問題，因中國科學院有穩定的經費支持，也已經得到了妥善解決。“‘中國天眼’一年產生的數據大約在15PB左右，每秒鐘產生2GB，後者的數據量和下載一部電影相當。”

目前，“中國天眼”已經啓動了脈衝星測時陣列、漂移掃描多科學目標巡天等5個重大和優先項目。外界預測，未來3至5年，“中國天眼”的高靈敏度將有可能使其在低頻引力波探測、快速射電暴起源、星際分子等前沿方向取得突破。

姜鵬説，“中國天眼”發現這麼多脈衝星，需要做大量的後隨觀測，這給FAST團隊帶來很大的挑戰，希望中國正在規劃打造的其他大型望遠鏡能儘快建成。

脈衝星就是旋轉的中子星，因不斷地發出電磁脈衝信號而得名。從脈衝星中遴選出脈衝信號穩定的毫秒脈衝星，將來有望應用於星際導航。

有一種説法，5年後，“中國天眼”觀測到的脈衝星有望達到1000顆，有可能定位並識別出銀河系外的第一顆脈衝星。對此，姜鵬表示，“中國天眼”如果發現河外脈衝星特別是黑洞雙星系統的話，將可能是諾貝爾獎級別的成果。不過，“中國天眼”只是給科學家提供一種可能性，重大成果的產出，有時候還需要一些運氣。

姜鵬説，FAST團隊將轉換心態與角色定位，由過去的建設、調試、運維更多轉變為服務，建立公平觀測機制，努力為全球科學家提供良好服務。“未來的舞台中心一定屬於科學家，我們甘當綠葉，陪襯他們的光輝。”他説。