【一百个建党小故事之九十六】举目苍穹——中国“天眼”FAST

发布日期:2021-09-22 浏览量:

出生在贵州平塘县克度镇南面大窝凼洼地的村民老杨,做梦也没想过会有一天,一口“大锅”改变了他的命运。为了让这口“大锅”落户在大窝凼,支持国家建设,老杨一家和同村共12户人家从2009年起陆续搬离这个世世代代生活的地方。

称FAST是一口“大锅”一点都不为过,它和大家常见的锅式卫星天线相似,就是利用“锅”状抛物面作为聚集信号的容器,将入射的电磁波聚焦到“锅”的焦点后被馈源天线接收,通过高灵敏度接收机进行信号检测,从中提取出有用的电磁频谱,帮助人类认识遥远的宇宙。要想收到更远、更清晰的信号,“锅”当然得越大越好。这只被誉为中国“天眼”的射电望远镜,单口径为500米,接收面积25万平方米,相当于30个足球场那么大。它的构造原理是将4450块、每块边长11米的三角形反射面单元面板固定在上万根钢索上,然后用总长度超过1.5千米的钢圈梁再将万根钢索牢牢固定住,整个反射面其实是悬在半空中的,真的像一口超级“大锅”架在巨大的喀斯特“天坑”里。

FAST于2016年9月落成启用,是目前全球最大的“500米口径球面射电望远镜”,英文全称Five hundred meters Aperture Spherical Telescope,简称FAST。FAST不仅最大,而且灵敏度也高。与美国50“岁”的、被评为人类20世纪10大工程之首的Arecibo(阿雷西博)射电望远镜相比,FAST的灵敏度约高2.25倍,综合性能提高约10倍。就像“能透视六道、远近、上下、前后、内外及未来”的“天眼”一样,它能聆听宇宙深处的声音,能看到137亿光年外的宇宙边缘,能研究黑洞、吞噬、星体演化,……或许,它也能搜索定位宇宙深处的外星文明。它的落成启用惊艳了全世界。

为什么把FAST的“家”安在贵州呢?这个“家”不是随随便便选的,而是科学家们寻觅了约10载的结果。1995年底,FAST中国推进委员会,提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面的构想。此后,在当地居民的帮助下,科学家们跋山涉水勘察选址。项目组使用遥感技术,利用GPS、地理信息系统,采用现场考察与计算机图像分析等方法,对贵州南部喀斯特地区进行了台址评估工作,发现贵州独一无二的喀斯特洼坑形态、地质条件和环境特点,可以为FAST提供优良的台址。经过反复筛选,最终在平塘县克度镇找到了大窝凼。通过卫星地图,可以看到平塘县布满褶皱,有许多大大小小的“天坑”,其中大窝凼就像是最适合硕大“天眼”的深深的“眼窝”。根据航拍全景图所示,大窝凼周围三座山峰呈三足鼎立之势,中间的洼地犹如一个天然的锅架,刚好可以稳稳地盛下FAST这口“大锅”,这使得项目建设可以顺势而为,工程开挖量大大减少。

有意思的是,FAST虽是射电望远镜,却不喜欢有电的环境,哪怕是一丁点的电波也难堪其负。就像是个害羞的小姑娘,喜欢“安静”的待着。中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家兼总工程师,被称为“FAST之父”的南仁东曾有这样一个形象的说法:“月亮上打手机,FAST也能听得一清二楚。”其实,不要说用手机,就算是附近使用电器,或者几十公里外有飞机向地面发送信息,在FAST那里都会造成一场电磁风暴。为了照顾FAST的“情绪”,科学家们把她的出生地选在了大窝凼。这里原本是一片万籁俱静的田野,不通电线,最近一个乡镇也在5公里之外,无线电环境理想,能够将FAST受到的干扰降到最低。另外,大窝凼的喀斯特地质使得雨水容易向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀设备,所以大窝凼是FAST最理想的“家”。

FAST是我国重大的科研基础设施之一,是名副其实的大科学工程,是“国之重器”。FAST从1994年提出构思,到2001年研究得到中科院立项,从2011年工程正式开工建设,到2015年安装最后一根钢索,再到2016年落成启用,历经22年之久。2020年1月“2019年中国科学院年度人物和年度团队发布会”在京举行,FAST团队获“2019中国科学院年度团队”称号,据报道,FAST拥有3项自主创新:“一是利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址,二是自主发明了主动变形反射面,三是自主提出轻型索拖动馈源支撑平台和并联机器人。”

FAST是我国具有国际先进水平的观测与研究平台,在未来10到20年将保持世界一流设备的地位,FAST实现了射电天文学从“追赶”到“领先”的跨越,提升了我国自主创新能力,增强了科技竞争力。2013年习近平总书记视察中国科学院时,提出了“率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。”的“四个率先”要求。FAST的研制和建设,将“四个率先”发挥到极致。

FAST落成启用后,政府曾组织原本住在大窝凼的12户村民回来参观,老杨带着家人登上了观景台,遥望着祖辈们曾经生活的地方,老杨想:这口“大锅”真能看到天上的一切东西吗?……

参考文献:

[1]余建斌.“大耳朵”听宇宙[N].人民日报,2015-8-10(20).

[2]白皓.为“中国天眼”建设搬离家园[N].中国青年报,2017-9-27(1).

[3]唐琳.FAST:中国“天眼”遥望苍穹[J].科学新闻,2017(1).

(作者:孙银东 宁夏大学马克思主义学院)