李知

地球上曾有兩只“大眼睛”，人類用它們來探索宇宙星河中的未知與奧秘。不幸的是，一則突如其來的消息引發(fā)了世界天文探索領(lǐng)域的震動(dòng)——2020年12月1日，美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）確認(rèn)，地球“兩大眼睛”之一的波多黎各阿雷西博（Arecibo）射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)生坍塌事故，再無法使用。此后，與人類并肩前行的重任將落在另一只“大眼睛”上。

剩下的這只“大眼睛”，名叫FAST（Fivehundred-meter Aperture Spherical radio Telescope），是“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡”的簡稱。1994年，F(xiàn)AST工程概念提出，歷經(jīng)22年修建，于2016年9月25日落成啟用；2020年1月11日，F(xiàn)AST通過國家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。

FAST位于貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)，一處名為大窩凼的喀斯特洼坑中，這里遠(yuǎn)離城市與人煙，綠樹與青山環(huán)繞。目前，它是世界上最大單口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，由4450塊反射板面單元組成，面積約25萬平方米，擁有的接收面積大小相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場。

為了安放這只巨型“天眼”，科學(xué)家們可謂煞費(fèi)苦心。他們帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，翻越祖國西南地區(qū)的大小山嶺，在當(dāng)?shù)鼐用竦膸椭驴辈爝x址。經(jīng)過嚴(yán)格的多重勘察篩選，最終，位于貴州省境內(nèi)的喀斯特洼坑當(dāng)選這只碩大“天眼”的“眼窩”。之所以選址“大窩凼”，主要有三方面的原因：一是其地貌最接近FAST的造型，周圍三座山峰呈“三足鼎立”之勢，每座之間的距離在500米左右，中間的洼地形似天然的“鍋架”，剛好能穩(wěn)穩(wěn)地架起FAST這口“大鍋”，因此開挖的工程量也相對(duì)最?。欢沁@里的喀斯特地質(zhì)可以保障雨水向地下滲透，不會(huì)因雨水淤積而損壞望遠(yuǎn)鏡；三是射電望遠(yuǎn)鏡工作的原理，在于利用頻率低于可見光的電磁波，這需要一處“靜土”，避免受到其他無線信號(hào)的干擾。而在大窩凼周圍方圓5公里內(nèi)沒有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，正是絕佳臺(tái)址。

射電望遠(yuǎn)鏡不是用肉眼觀測的普通望遠(yuǎn)鏡，它是觀測和研究來自天體的射電波的基本設(shè)備，是世界上最頂尖的太空望遠(yuǎn)鏡。不過，要想明白什么是射電望遠(yuǎn)鏡，先得弄清楚什么是射電。射電一般是指無線，是可以在所有自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波。射電望遠(yuǎn)鏡跟接收衛(wèi)星信號(hào)的“天線鍋”類似，能通過鍋底球面反射聚焦，把幾平方米到幾千平方米的信號(hào)聚攏在一個(gè)點(diǎn)上。因此，“鍋”的面積越大，聚攏的信號(hào)就越強(qiáng)，就能探測到更遠(yuǎn)、更微弱的信號(hào)。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)FAST工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東曾說：“宇宙空間混雜各種輻射，遙遠(yuǎn)的信號(hào)像雷聲中的蟬鳴，沒有超級(jí)靈敏的‘耳朵，根本就分辨不出來。”而FAST正是充當(dāng)了地球探索宇宙的“眼睛”和“耳朵”。

那么，這只“天眼”究竟能“看”到什么？能看到外星人嗎？其實(shí)，“天眼”更多的是為探索宇宙脈沖星信號(hào)而搭建的。理論上，F(xiàn)AST能接收到137億光年外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近宇宙的邊緣。同時(shí)，F(xiàn)AST接收宇宙脈沖信號(hào)的功能也異常靈敏，可利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)大面積、高密度的天文觀測，包括巡視宇宙中的中性氫、觀測脈沖星、探測星際分子、搜索可能的星際通訊信號(hào)等，為宇宙探索提供坐標(biāo)、指明方向。但在這個(gè)過程中，“天眼”只會(huì)接受宇宙中的信號(hào)，不會(huì)有任何地球信息的輸出，因此也不會(huì)與“外星人”發(fā)生“對(duì)話”。

自正式投入運(yùn)行以來，F(xiàn)AST取得了不凡的成績，截至2020年11月，其觀測服務(wù)超過5200個(gè)機(jī)時(shí)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)近 2 倍；累計(jì)發(fā)現(xiàn)脈沖星超過240顆；基于觀測數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文達(dá)到40余篇。近日，在國際科學(xué)期刊《自然》雜志上，F(xiàn)AST又陸續(xù)發(fā)表了在快速射電暴方面的研究成果。在歷史的長河中，人類探索宇宙奧秘的腳步未曾停歇。而中國“天眼”將向全世界開放，成為“地球之眼”，繼續(xù)為人類探索宇宙起源、演化和未知的奧秘。