主要目標(biāo)：巡視宇宙中的中性氫和觀測脈沖星
圖為不同時期的FAST工程所在地。拍攝時間分別為2009年5月25日（左上）、2011年9月6日（右上）、2012年8月5日（左中）、2014年5月2日（右中）、2015年1月16日（左下），右下為2016年7月3日拍攝的主體完工后的FAST全景。（前五張圖片由國家天文臺FAST項目團(tuán)隊提供，第六張圖片為新華社記者歐東衢攝）
3日上午，在貴州黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼洼地，隨著中國科學(xué)院國家天文臺臺長嚴(yán)俊的一聲令下，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的最后一塊反射面單元緩緩起吊，在完成了二次空中轉(zhuǎn)接并用纜索吊下滑到指定位置后，被順利安裝在索網(wǎng)上。這標(biāo)志著FAST的主體工程順利完工。
這臺世界上最大和最具威力的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡預(yù)計于9月底全部竣工，用來傾聽宇宙深處聲音、觀測宇宙奧秘。
落戶貴州山區(qū)，是因為喀斯特地貌的天然洼坑適合建造“鍋蓋”
當(dāng)老式電視收不到信號時，屏幕上不是一片空白，而是閃爍著密密麻麻的雪花點。這些雪花點就是電磁波信號，其中也包括來自太空的射電輻射。
20世紀(jì)30年代，美國貝爾實驗室的科學(xué)家用一臺靈敏度很高的接收機意外發(fā)現(xiàn)了來自銀河中心穩(wěn)定的射電輻射，從此開啟射電天文學(xué)的大門。
用過“鍋蓋天線”的人知道，鍋蓋口徑越大，電視畫面就越清晰。對于射電望遠(yuǎn)鏡來說，口徑越大看得越遠(yuǎn)。全世界的射電天文學(xué)家都追求建造更大口徑的“鍋蓋”，以提高射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度。
中國科學(xué)院國家天文臺研究員、500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程副經(jīng)理彭勃說，射電望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計建造之初就曾遇到經(jīng)費緊張，但不管減什么，科學(xué)家們都不愿縮小望遠(yuǎn)鏡的口徑。
“宇宙空間混雜各種輻射，遙遠(yuǎn)的信號像雷聲中的蟬鳴，沒有超級靈敏的‘耳朵’，根本就分辨不出來?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東說。此前，世界上最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，分別是德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡和美國阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡。前者是可以移動“搖頭”的，后者則借助波多黎各島上的喀斯特洼坑建造。
1993年國際無線電聯(lián)大會上，包括中國在內(nèi)的10國天文學(xué)家提出建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”的倡議，渴望在電波環(huán)境徹底毀壞前，回溯原初宇宙，解答天文學(xué)中的眾多難題。
1995年底，北京天文臺聯(lián)合國內(nèi)20余所大學(xué)和研究所，成立了射電“大望遠(yuǎn)鏡”中國推進(jìn)委員會，提出了利用貴州喀斯特洼地建造球反射面。
為了給新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”安家，科學(xué)家們通過衛(wèi)星遙感把貴州喀斯特山區(qū)翻了個遍。彭勃回憶說，當(dāng)時天文臺委托兩家院所進(jìn)行獨立搜尋，從300多個候選洼坑中遴選。結(jié)果，位于平塘縣的大窩凼兩次都獲最高分。
貴州天然喀斯特洼坑提供的條件，有效減輕了工程量，也是中國大射電望遠(yuǎn)鏡最獨到、成為世界最大最強的基礎(chǔ)。
看得更遠(yuǎn)、聽得更清，相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場大，能實現(xiàn)毫米級指向跟蹤
這臺射電望遠(yuǎn)鏡的第一特點就是大。
“僅圈梁、索網(wǎng)和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材”，中國科學(xué)院國家天文臺500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程總工藝師王啟明說，“望遠(yuǎn)鏡反射面總面積為25萬平方米，相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大。盡管反射面板才1毫米厚，也用掉2000多噸鋁合金?！彪y怪科學(xué)家們形容它是一座“觀天巨眼”。
但大射電望遠(yuǎn)鏡絕不是金屬堆砌的“傻大粗”，它是最精密的天文儀器。由于采用光機電一體化的饋源平臺，加之饋源艙內(nèi)的并聯(lián)機器人二次調(diào)整，它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現(xiàn)毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監(jiān)聽宇宙中微弱的射電信號。
大射電望遠(yuǎn)鏡的建造工藝也是精益求精。王啟明說，由于嚴(yán)苛要求，這個大科學(xué)工程推動了多領(lǐng)域裝備制造能力的提升：主動反射面的索網(wǎng)具備高彈性、抗拉伸、抗疲勞特征，其500兆帕的超高應(yīng)力幅，是國家標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍；承擔(dān)著傳輸各種數(shù)據(jù)信息使命的動光纜可經(jīng)受反復(fù)彎曲、卷繞和扭轉(zhuǎn)等機械性能和惡劣自然環(huán)境考驗……
“我們的最初設(shè)計理念源自美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡。但跟阿雷西博相比，主動反射面系統(tǒng)是我們最大的創(chuàng)新?！迸聿f，大射電望遠(yuǎn)鏡的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動變化，帶動索網(wǎng)上的4450個反射單元，在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面，極大提升觀測效率。
阿雷西博望遠(yuǎn)鏡是固定望遠(yuǎn)鏡，只能通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個約20度的帶狀區(qū)域。而主動反射面讓中國大射電望遠(yuǎn)鏡擁有更廣的觀測范圍，能覆蓋40度的天頂角。
中國科學(xué)院國家天文臺副臺長鄭曉年說，100米口徑的德國波恩望遠(yuǎn)鏡曾號稱“地面最大的機器”，中國大射電望遠(yuǎn)鏡與它相比，靈敏度提高約10倍。300米口徑的美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，50多年一直無人超越，中國大射電望遠(yuǎn)鏡跟它相比，綜合性能提高約10倍。
射電望遠(yuǎn)鏡就像CT機，可以獲得天體的超精細(xì)結(jié)構(gòu)
“跟其他射電望遠(yuǎn)鏡一樣，中國大射電望遠(yuǎn)鏡最主要的兩大科學(xué)目標(biāo)是巡視宇宙中的中性氫和觀測脈沖星，前者是研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化，后者是研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律?！编崟阅暾f。
地球大氣層留給人類探索宇宙兩個窗口，一個是光學(xué)，一個是射電。對天文學(xué)家來說，如果光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是顯微鏡，那么射電望遠(yuǎn)鏡就是CT機，可以獲得天體的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。
“有7套接收機，因為不同的波段觀測的頻率不一樣，觀測和研究目標(biāo)就不一樣?！迸聿f，在大射電望遠(yuǎn)鏡眼中，宇宙和宇宙天體是一種立體的呈現(xiàn)。
半個多世紀(jì)以來，全世界所有射電望遠(yuǎn)鏡收集的能量尚翻不動一頁紙，中國大射電望遠(yuǎn)鏡的加盟將大大加快這一速度。而收集的能量，意味著解讀宇宙深處奧秘的信息量。
“從射電望遠(yuǎn)鏡誕生至今，人類共發(fā)現(xiàn)了約2500顆脈沖星，如果中國大射電望遠(yuǎn)鏡的工作時間全部用于觀測脈沖星，它一年時間內(nèi)就有望將這個數(shù)量翻倍?！迸聿f，脈沖星可以用于脈沖星導(dǎo)航、脈沖星計時陣等應(yīng)用目標(biāo)?！翱茖W(xué)家利用阿雷西博望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)引力波，并獲得諾貝爾物理學(xué)獎，中國大射電望遠(yuǎn)鏡則為自然科學(xué)特別是物理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域提供了重大發(fā)現(xiàn)的機會?！?/p>
南仁東認(rèn)為，大射電望遠(yuǎn)鏡還有可能會發(fā)現(xiàn)一些前所未見的脈沖星現(xiàn)象，比如說一個脈沖星和一個黑洞結(jié)對，那么就可能產(chǎn)生突破性的理論。
“針對大眾十分關(guān)心的大射電望遠(yuǎn)鏡能否用于尋找地外文明，答案是肯定的?！迸聿硎?，它是探測系外行星尤其是類地行星的利器。由于靈敏度提高，它能看到更遠(yuǎn)、更暗弱的天體，通過探測星際分子、搜索可能的星際通訊信號，找到地外文明的幾率比現(xiàn)有設(shè)備提升了5至10倍。
在7月3日饋源艙升艙和反射面板按計劃完成安裝后，大射電望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)行2個多月的系統(tǒng)調(diào)試，于9月底正式竣工。但要實現(xiàn)所有功能參數(shù)最優(yōu)化，它還要在兩三年的觀測中不斷調(diào)試完善。
“大射電望遠(yuǎn)鏡建成后將成為中國天文學(xué)研究的‘利器’，在未來20年左右保持世界一流設(shè)備的地位?！编崟阅暾f。
（綜合本報記者趙永新及新華社記者齊健、吳晶晶、胡星、楊維漢報道）
《 人民日報 》（ 2016年07月04日 12 版）
