◎本刊綜合

每個(gè)喜歡星星的孩子心中都有一個(gè)天文夢(mèng)。他們聽(tīng)著“數(shù)星星孩子”這個(gè)故事，憧憬飛往浩瀚的太空，幻想有一天也能成為像張衡一樣的天文學(xué)家。

人類(lèi)自從站立在腳下這片大地以來(lái)就一直觀察星空，研究群星之間的運(yùn)行規(guī)律。閃耀的恒星令人向往，人類(lèi)對(duì)遙遠(yuǎn)行星地表發(fā)生的一切更是充滿了好奇。美國(guó)天文學(xué)家卡爾·薩根曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，每個(gè)人年幼時(shí)都是科學(xué)家，對(duì)自然界充滿好奇和敬畏。

今天，讓我們一起重拾曾經(jīng)的夢(mèng)想，認(rèn)識(shí)一位幫我們圓夢(mèng)的“數(shù)星星孩子”——中國(guó)天眼。

3月31日零時(shí)起，我國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始接受全世界各國(guó)天文學(xué)家的觀測(cè)申請(qǐng)，在國(guó)際視界發(fā)出了豪邁的中國(guó)聲音。

作為人類(lèi)迄今最大、最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，它能夠接收到100多億光年以外的電磁信號(hào)，是中國(guó)科技創(chuàng)新的又一標(biāo)桿。

這囗鍋不烹家常飯菜

500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）又被形象地稱(chēng)作中國(guó)天眼，是按照衛(wèi)星鍋的原理建造的，換句話說(shuō)，是超大型衛(wèi)星鍋。這口大鍋的主要功能是接受遙遠(yuǎn)的外太空的電磁波信號(hào)，發(fā)現(xiàn)中子脈沖星。

脈沖星信號(hào)最早被認(rèn)為是外星人向人類(lèi)發(fā)出的信號(hào)，這一說(shuō)法后來(lái)被科學(xué)家否定了。它其實(shí)是很久以前宇宙發(fā)生劇烈爆炸殘留的電磁波。電磁波歷經(jīng)幾億光年的漫漫旅途才來(lái)到地球，但與地球邂逅不到一秒鐘，又返回茫茫太空。脈沖星的發(fā)現(xiàn)有助于人類(lèi)在太空中的定位和時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，天眼發(fā)現(xiàn)它的速度是其他天文望遠(yuǎn)鏡的10倍。

天眼還可以發(fā)現(xiàn)一些早期的星系活動(dòng)跡象，有利于我們發(fā)現(xiàn)行星、恒星的運(yùn)行軌跡。

同時(shí)，天眼像雷達(dá)一樣有很強(qiáng)的監(jiān)測(cè)能力，能夠捕捉到來(lái)自太陽(yáng)系任何一個(gè)地方發(fā)射過(guò)來(lái)的微弱電磁波，可幫助人類(lèi)尋找類(lèi)地行星。如果沒(méi)有天眼，我們現(xiàn)在的手機(jī)瀏覽速度會(huì)慢得讓人抓狂。

…………

晚霞中的中國(guó)天眼（圖/新華社記者歐東衢于維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝）

工作人員在中國(guó)天眼總控室內(nèi)工作 （圖 / 新華社 歐東衢 攝）

美國(guó)捷足先登

星際間振蕩的無(wú)線電波、拖拽著長(zhǎng)長(zhǎng)彗尾在星空流浪的彗星和太陽(yáng)表層不斷翻滾的等離子體，一直都是天文學(xué)家關(guān)注研究的對(duì)象。

星空不是一片死寂，人類(lèi)社會(huì)更是如此。各種電子設(shè)備、衛(wèi)星電視電臺(tái)散播的電波和無(wú)線電信號(hào)，其噪聲蓋過(guò)了遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的微弱信號(hào)。建造一根巨大電線來(lái)捕捉天外之音，是美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡最初的設(shè)想。

1963年11月1日，這一設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著人類(lèi)面向浩瀚的太空睜開(kāi)了第一只天眼。

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡最引人注目的是它巨大的體積。它的反射盤(pán)是個(gè)直徑為305米、深51米、曲率半徑為265米的半球形結(jié)構(gòu)物，通俗地說(shuō)，就像一口架在爐灶上的巨鍋。表面由38 778塊鋁板構(gòu)成，每塊約1X2米，用鋼纜網(wǎng)（約1.6平方米）支撐，總面積相當(dāng)于5個(gè)足球場(chǎng)那么大。平臺(tái)上有條長(zhǎng)93米的旋轉(zhuǎn)弓形軌道，稱(chēng)為方位臂，承載著接收天線以及2級(jí)、3級(jí)反射器。

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是固定望遠(yuǎn)鏡，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能借助地球自轉(zhuǎn)改變天線饋源的位置，在地天40度的范圍內(nèi)觀察天象。

在后來(lái)的服役中，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡經(jīng)歷了兩次升級(jí)，從而不僅能拍攝到金星表面約1千米的清晰圖像，甚至可以在月球附近遙測(cè)到高爾夫球大小的物體。然而，就是其中的一次升級(jí)，輕率地將鏡面直徑從305米擴(kuò)大到350米，為阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡后來(lái)的解體留下了致命的隱患。

最奇異的是，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡名義上是為了深空科學(xué)研究，實(shí)際上一投入運(yùn)行，就被用在了對(duì)前蘇聯(lián)的冷戰(zhàn)，譬如收集電子信號(hào)情報(bào)，包括從月球表面反彈回來(lái)的前蘇聯(lián)雷達(dá)信號(hào)。

美蘇冷戰(zhàn)結(jié)束后，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡才真正轉(zhuǎn)向民用科研，揭示地球電離層、太陽(yáng)系及其外部世界新發(fā)現(xiàn)的細(xì)小行星，為射電天文學(xué)以及行星和太陽(yáng)系研究（包括引力波）的重要發(fā)現(xiàn)提供支持。它還承擔(dān)著時(shí)刻提防殺手級(jí)小行星對(duì)地球的襲擊、探索外地文明的責(zé)任。

阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡立下的赫赫功績(jī)也鐫刻在了人類(lèi)發(fā)展史冊(cè)上：

皮滕吉爾用它確定了水星的自轉(zhuǎn)周期，改變了人類(lèi)一直以來(lái)“水星自轉(zhuǎn)周期是88天”的錯(cuò)誤認(rèn)知一一事實(shí)上，水星的自轉(zhuǎn)周期是58.646天；

洛夫萊克斯等人借助它發(fā)現(xiàn)了蟹狀脈沖星的周期性，為中子星的存在提供了第一個(gè)可靠的證據(jù)；

霍斯和泰勒借助它發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)軌道周期為7.75小時(shí)的脈沖雙星系統(tǒng)，并精確測(cè)量了射電脈沖雙星軌道周期性變化，間接證明了引力波的存在，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論；

還通過(guò)頻率調(diào)制的無(wú)線電脈沖一次性向太空發(fā)射人類(lèi)信息，信息歷經(jīng)2.5萬(wàn)光年抵達(dá)MM13球狀星團(tuán)。

天邊有顆“南仁東星”

1993年的日本東京，正在召開(kāi)的國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，多國(guó)科學(xué)家呼吁，在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化前必須建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡，接受更多來(lái)自太空的訊息。

當(dāng)時(shí)，中國(guó)最大的同類(lèi)裝置口徑不過(guò)30米。

天眼到底是個(gè)多大的工程？用中國(guó)天眼饋源支撐系統(tǒng)高級(jí)工程師楊清閣的話說(shuō)，它大到“漫山遍野”，但它又是一個(gè)極“細(xì)”的工程，600多米尺度結(jié)構(gòu)，饋源接收機(jī)在天空中跟蹤反射面焦點(diǎn)的位置誤差不超過(guò)10毫米。

南仁東

3月29日，工作人員對(duì)中國(guó)天眼圈梁進(jìn)行維護(hù)（圖/新華社 歐東衢 攝)

曾在日本國(guó)立天文臺(tái)擔(dān)任客座教授、享受世界級(jí)別科研條件和待遇、時(shí)任北京天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)的南仁東站了出來(lái)說(shuō)，中國(guó)應(yīng)當(dāng)承擔(dān)這個(gè)責(zé)任，堅(jiān)定地表示“我得回國(guó)”。

沒(méi)有多少人看好南仁東的這份雄心壯志。大家知道，這在當(dāng)時(shí)是世界獨(dú)一無(wú)二的尖端項(xiàng)目。

我國(guó)西南地區(qū)的大山里有建設(shè)天眼的極佳地理?xiàng)l件。眾多方圓數(shù)百米的小山谷被山體環(huán)繞，天然地阻擋了外面的電磁波。

從1994年到2005年，南仁東和他的團(tuán)隊(duì)走遍了貴州大山里數(shù)百個(gè)窩凼。亂石密布的喀斯特山中沒(méi)有路，他們只能從石頭縫里的灌木叢深一腳淺一腳地挪過(guò)去。

一次，南仁東勘察窩凼時(shí)遭遇瓢潑大雨，雨水裏著泥沙形成泥石流順坡而下。南仁東見(jiàn)識(shí)過(guò)泥石流的歷害，連忙吞下一顆救心丸，連滾帶爬地回到埡口。

“大山?jīng)]有路，我們走的次數(shù)多了，便成了路?！敝袊?guó)天眼臺(tái)址與觀測(cè)基地系統(tǒng)總工程師朱博勤回憶，十幾年來(lái)，綜合尺度規(guī)模、電磁波環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、工程地環(huán)境等因素，南仁東團(tuán)隊(duì)最終從391個(gè)備選洼地中選中了條件最適宜的大窩凼。

對(duì)待科學(xué)研究，南仁東同樣無(wú)比嚴(yán)謹(jǐn)，天眼沒(méi)有哪個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)能忽悠得了他。工作伊始，要建一個(gè)水窖，施工方送來(lái)設(shè)計(jì)圖紙，他迅速標(biāo)出幾處錯(cuò)誤后打了回去。施工方驚訝了，搞天文的咋還懂土建？

選址難，立項(xiàng)難，建設(shè)難上加難。南仁東和他的團(tuán)隊(duì)解決了一個(gè)又一個(gè)難題，而這些難題在全球幾乎沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，他們只能埋頭進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

在南仁東看來(lái)，天眼建設(shè)不受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，而是源自人類(lèi)的創(chuàng)造沖動(dòng)和探索欲望。他一心想讓中國(guó)天眼早日建成，因?yàn)樘煅鄣挠⑽拿帧癋AST”正是快的意思。

“南老師對(duì)自己的要求太高，他要吃透工程建設(shè)的每個(gè)環(huán)節(jié)。”南仁東的學(xué)生曾恒謙說(shuō)，“如果再給老師一次機(jī)會(huì)，選擇要天眼還是多活10年，他肯定還會(huì)選天眼?！?/p>

2016年9月25日，中國(guó)天眼建成。南仁東傾盡心血，鑄造了一個(gè)大國(guó)重器。

次年9月15日，南仁東永遠(yuǎn)地閉上了雙眼。

2018年10月15日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)首次公布“南仁東星”國(guó)際命名公報(bào)，正式將國(guó)際永久編號(hào)第79 694號(hào)小行星命名為“南仁東星”，以紀(jì)念他為國(guó)際天文事業(yè)和中國(guó)天眼作出的卓越貢獻(xiàn)。

2019年9月17日，經(jīng)國(guó)家主席習(xí)近平簽署命令，授予南仁東“人民科學(xué)家”國(guó)家榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

中國(guó)天眼一騎絕塵

中國(guó)天眼坐落在貴州黔南布依族苗族自治區(qū)平塘縣大窩凼的喀斯特洼坑中。這是一座擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、歷時(shí)22年、耗資6億元人民幣建成的世界迄今最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

中國(guó)天眼是由46萬(wàn)塊三角形單元拼接而成的球冠形主反射面，內(nèi)置可移動(dòng)變位的復(fù)雜結(jié)構(gòu)索網(wǎng)系統(tǒng)。與被評(píng)為人類(lèi)世紀(jì)10大工程之首的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高了10倍，將在未來(lái)二三十年保持領(lǐng)先地位。

中國(guó)天眼反射面在導(dǎo)源和跟蹤過(guò)程中采用實(shí)時(shí)調(diào)整形態(tài)，在觀測(cè)方向形成300米口徑瞬間拋物面以匯聚電磁波，這是與阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡固定反射面的根本區(qū)別。作為高精度天文儀器的重要組成系統(tǒng)，中國(guó)天眼反射面成型精度達(dá)到了毫米級(jí)。

下面這組數(shù)據(jù)，可以量化中國(guó)天眼的先進(jìn)和雄偉：

500米——口徑500米，是目前世界上建成的最大口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡；

134米——從索網(wǎng)最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的高差；

168米——修建了6座饋源塔，最高的有168米，6座塔均建在落差達(dá)百米的山崖上；

30個(gè)——球面面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)那么大；

1600米、4200噸 ——整 個(gè) 鋼結(jié)構(gòu)圈梁長(zhǎng)度達(dá)1600米，消耗鋼材4200噸；

8893根、1300噸——反射面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)由8893根高強(qiáng)度、高精度鋼索連接而成，形成重達(dá)1300噸的索網(wǎng)；

4400塊——4400塊主動(dòng)反射單元拼裝在索網(wǎng)上，組成反射面；

2.5倍——比阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的反射面大2.5倍。

天眼的靈敏度可以用精準(zhǔn)一詞來(lái)形容。權(quán)威數(shù)據(jù)表明，中國(guó)天眼的靈敏度比德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡均高出至少10倍。具有這樣的靈敏度，如果有人在月球上打電話甚至竊竊私語(yǔ)，中國(guó)天眼也能聽(tīng)得一清二楚。

中國(guó)天眼（圖/新華社記者歐東衢于維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝）

自進(jìn)入調(diào)試期，中國(guó)天眼的表現(xiàn)就足以讓世人折服。

一般情況下，傳統(tǒng)大型射電望遠(yuǎn)鏡的調(diào)試周期不會(huì)短于4年，但中國(guó)天眼不僅大大縮短了調(diào)試周期，還取得了一批有價(jià)值的科學(xué)成果。截至2020年10月，中國(guó)天眼探測(cè)到146顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體（102顆得到認(rèn)證），實(shí)現(xiàn)了目前國(guó)際最高精度的脈沖星觀測(cè)。找到了一例新的重復(fù)性快速射電暴，為利用脈沖星計(jì)時(shí)陣列探測(cè)低頻引力波提供了重要條件。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了偏振校準(zhǔn)，利用新方法探測(cè)到了銀河系星際磁場(chǎng)。這一切充分證明，在探測(cè)脈沖星領(lǐng)域，中國(guó)天眼達(dá)到了國(guó)際一流水平。

地球“瞎”了一只眼

2020年12月1日7時(shí)55分，隨著一聲巨響，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡4號(hào)塔第2根鋼纜斷裂，820噸重的接受器平臺(tái)瞬間扯斷了幾乎所有連接它的固定線纜，墜落在反射盤(pán)上。釋放了支撐平臺(tái)的壓力后，幾座拉力塔也轟然倒下，無(wú)數(shù)碎片迸發(fā)開(kāi)來(lái)，散布在坑洞上空。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡坍塌了……

事情發(fā)生后不久，相關(guān)部門(mén)和相關(guān)人士作出判斷：阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡走到今天，并不出乎人們的意料。

由于財(cái)政狀況不佳，美國(guó)相關(guān)部門(mén)在早幾年前就縮減了在“行星雷達(dá)”上的開(kāi)支，減少了對(duì)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的財(cái)政支持。在2001年至2007年開(kāi)支大幅減少的情況下，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的天文經(jīng)費(fèi)又從2007年的1050萬(wàn)美元縮減到2011年的400萬(wàn)美元。

屋漏偏逢連夜雨。阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡不僅在千禧年后連遭財(cái)政打擊，環(huán)境災(zāi)害對(duì)它的傷害也是“怕啥來(lái)啥”。

2014年1月，一場(chǎng)6.4級(jí)地震損壞了阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的一根主電纜，已然為它6年后的命運(yùn)埋下了伏筆。

2017年9月殺死了數(shù)百人的第4類(lèi)風(fēng)暴瑪麗亞颶風(fēng)導(dǎo)致阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡反射盤(pán)損壞——一條電纜在大風(fēng)中斷裂，隨之狠狠砸在下方的反射盤(pán)上。此后，又發(fā)生了兩起類(lèi)似事故。

此外，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的坍塌與其自身結(jié)構(gòu)有著必然的聯(lián)系。當(dāng)初為了擴(kuò)大探測(cè)范圍，設(shè)計(jì)者將它的直徑從原本的305米硬生生地?cái)U(kuò)大到350米，直接導(dǎo)致了阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的不穩(wěn)定。

這些因素合力將英雄遲暮的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡送上了不歸路。地球曾經(jīng)擁有的兩只天眼中的一只就這樣“瞎”了。

中國(guó)天眼夜景（圖/新華社記者歐東衢于維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝）

當(dāng)今世界舍我其誰(shuí)

從古至今，人類(lèi)從未停止過(guò)對(duì)蒼穹的探索。正當(dāng)一些科學(xué)家為阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的猝然離去惶惶不安時(shí)，中國(guó)天眼于3月31日正式向全球開(kāi)放，并在5月15日前向全世界征集觀測(cè)項(xiàng)目建議。

消息一傳出，就引起天文領(lǐng)域“最強(qiáng)大腦”們的密切關(guān)注。天體物理學(xué)家、2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主斯穆特三世和1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主謝爾頓分別對(duì)中國(guó)媒體表示，中國(guó)天眼是最大最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，相信它能超過(guò)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，為世界天文學(xué)作出更大貢獻(xiàn)。

中國(guó)天眼向全球開(kāi)放，讓謝爾頓很是興奮。在他眼里，這是天文學(xué)研究的福音。他說(shuō)，人類(lèi)有史以來(lái)最大的望遠(yuǎn)鏡——平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）預(yù)計(jì)在2028年投入觀測(cè)。此前，中國(guó)天眼是世界射電天文學(xué)不可或缺的大科學(xué)裝置。據(jù)了解，我國(guó)是SKA的主要成員國(guó)。未來(lái)，中國(guó)射電天文設(shè)備的布局是，自主研究與國(guó)際合作相結(jié)合，單口徑與涉陣列協(xié)同發(fā)展。

斯穆特三世認(rèn)為，諾貝爾獎(jiǎng)來(lái)自偉大的想法和發(fā)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)新的裝置投入使用，其觀測(cè)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以前所知曉的范圍時(shí)，很有可能發(fā)現(xiàn)一些新事物。他相信，全世界至少有一支優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)能通過(guò)中國(guó)天眼的觀測(cè)獲得重大成果，摘得諾貝爾獎(jiǎng)。

世界將引領(lǐng)全球射電天文科研的重任交給了中國(guó)天眼，我們責(zé)無(wú)旁貸；歷史將重新站上人類(lèi)天文科學(xué)之巔的重任交給了中國(guó)，我們將一往無(wú)前……