2015年，“地球大表哥”——開普勒452b行星的發(fā)現(xiàn)，讓“開普勒”太空望遠(yuǎn)鏡堅(jiān)守23年而誕生的故事為公眾所知。其實(shí)，相比較“開普勒”誕生艱難，中國的FAST出世之艱辛絲毫不減。

FAST被外媒冠以《美國驚呼！中國突然公布與外星人溝通的先進(jìn)裝備》的用途。而國內(nèi)官方更愿意用“天眼”形容它。這個(gè)口徑達(dá)到500米、“塞滿”整個(gè)山谷的望遠(yuǎn)鏡是世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

FAST為尋找外星人而生？

事實(shí)上，尋找外星人只是其中一個(gè)目標(biāo)。

FAST具有極其重大的科學(xué)意義。根據(jù)記者從中科院了解到，望遠(yuǎn)鏡的靈敏度與其口徑的平方成正比，而其可探測(cè)范圍，則與口徑的三次方成正比。因此，F(xiàn)AST這一世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力令人產(chǎn)生無限遐想。

比如，F(xiàn)AST大幅度增加了可觀測(cè)的天體數(shù)目，可為科學(xué)家提供更多更好的觀測(cè)統(tǒng)計(jì)樣本，更可靠地檢驗(yàn)現(xiàn)代物理學(xué)、天文學(xué)的理論和模型。同時(shí)，它還將搜尋到更多的奇異天體，其中也蘊(yùn)涵著大量新發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。

再比如，從宇宙初始混濁、暗物質(zhì)暗能量與大尺度結(jié)構(gòu)，星系與銀河系的演化，恒星類天體，到太陽系行星與鄰近空間事件等的觀測(cè)研究，它都具有非此莫屬的競爭力。

俗話說，能力越大，責(zé)任越大。FAST這個(gè)大塊頭似乎已經(jīng)不再局限于天文界，而是更廣泛地面對(duì)人類與自然。它可以巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化；觀測(cè)脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；主導(dǎo)國際低頻甚長基線干涉測(cè)量網(wǎng)，獲得天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)；探測(cè)星際分子；搜索可能的星際通訊信號(hào)。

實(shí)際上，脈沖星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子等重要天文發(fā)現(xiàn)都與射電望遠(yuǎn)鏡有關(guān)。諾貝爾獎(jiǎng)歷史上明確基于天文觀測(cè)的10項(xiàng)獲獎(jiǎng)成果中有6項(xiàng)都出自射電望遠(yuǎn)鏡，射電天文學(xué)已成為諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃。

“它潛在的科學(xué)產(chǎn)出也許我們今天還難以預(yù)測(cè)。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)射電部首席科學(xué)家李菂對(duì)FAST寄予厚望。他說：“我們一定要盡快取得創(chuàng)新性成果，盡快挖掘獲得諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)發(fā)現(xiàn)的潛力。”

歷經(jīng)20載 FAST誕生多艱難

早在1993年國際無線電聯(lián)大會(huì)上，包括中國在內(nèi)的10國天文學(xué)家就提出了建造新一代射電“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。

兩年后，以北京天文臺(tái)（現(xiàn)國家天文臺(tái)）為主，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(huì)，提出了利用中國貴州喀斯特洼地，建造球反射面即阿雷西博（Arecibo）型天線陣的喀斯特工程概念。此天線陣由三十幾面口徑的約300米的球面天線組成，它將分布于方圓數(shù)百公里的范圍內(nèi)，具有1角分至100毫角秒的多級(jí)分辨率，將從本質(zhì)上改善展源的射電天文成像能力。

在此基礎(chǔ)上，中國科學(xué)家為進(jìn)一步推進(jìn)喀斯特概念，提出獨(dú)立研制一臺(tái)新型的喀斯特單元，即500米口徑球面射電天文望遠(yuǎn)鏡。FAST臺(tái)址確定在貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的“大窩凼”洼地。這里的喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下泄流，不在表面淤積而損壞望遠(yuǎn)鏡。在“大窩凼”附近5千米半徑之內(nèi)沒有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，25千米半徑之內(nèi)只有一個(gè)縣城，無線電環(huán)境理想。

1994年啟動(dòng)貴州選址工作，并由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)主持，開始了FAST項(xiàng)目13年的預(yù)研究。

此后，中國科學(xué)院創(chuàng)新工程首批重大項(xiàng)目、中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金交叉重點(diǎn)項(xiàng)目……越來越多的科研人員加入，一切都是為了FAST盡快誕生。

終于到了2007年7月10日，F(xiàn)AST項(xiàng)目正式立項(xiàng)。經(jīng)過可行性研究、和工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、概算后，2011年3月25日，F(xiàn)AST工程正式開工建設(shè)，設(shè)計(jì)工期為5年半。

此時(shí)距離提出正式設(shè)想已過去18年。這項(xiàng)總投資達(dá)12億元、中國有史以來最大的天文工程開建，無數(shù)人的心血終于開始結(jié)晶，這其中無數(shù)的艱辛與堅(jiān)持，自“不足為外人道也”。

目前，F(xiàn)AST各項(xiàng)基礎(chǔ)工程已陸續(xù)實(shí)施完工。2016年7月3日，F(xiàn)AST最后一塊反射面單元成功吊裝，這標(biāo)志著FAST主體工程順利完工。這只“觀天巨眼”預(yù)計(jì)于今年9月全部竣工，開始探索宇宙深處的奧秘。

2016年7月3日拍攝的主體工程完成后的FAST全景。來源：新華網(wǎng)

FAST：中國天文的驕傲

“它建成后將在未來20至30年保持世界一流地位。”一路呵護(hù)FAST成長起來的李菂難掩自己的欣喜。他說，“建成后，將使在中國在某一個(gè)特定波段，第一次擁有世界上最好的儀器。”

“壯觀”、“宏大”、“震撼”，這是國家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷參觀了施工現(xiàn)場(chǎng)后的感嘆。他也表示，“國家投資建設(shè)了這么大的望遠(yuǎn)鏡，作為科學(xué)家，我們一定要用好它，做出新的發(fā)現(xiàn)。”

備受振奮的不僅是研究人員。作為知名科普人，北京天文館館長朱進(jìn)也持續(xù)關(guān)注著FAST的進(jìn)展，當(dāng)FAST有了階段性進(jìn)展的時(shí)候，他往往要發(fā)“微博”祝賀一下，并不時(shí)與網(wǎng)友互動(dòng)探討，答疑解惑。他已經(jīng)在期待FAST有關(guān)的科普工作了，聽說當(dāng)?shù)乜赡芤劳蠪AST發(fā)展旅游業(yè)，朱進(jìn)也表示支持，“我覺得還是應(yīng)該考慮發(fā)展旅游的，對(duì)大家也是個(gè)宣傳。控制好無線電波段的干擾是關(guān)鍵。”

作為中科院主導(dǎo)建設(shè)的大科學(xué)裝置之一，“FAST用自己的優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)做早期科學(xué)部署，探索國外設(shè)備不能達(dá)到的盲區(qū)，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)非常值得推廣。”中國科學(xué)院院長白春禮不久前考察FAST時(shí)說。

“FAST是一個(gè)具有我們自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大科學(xué)工程，工程建設(shè)過程中，從材料、設(shè)計(jì)到環(huán)境都遇到很多意想不到的困難，也沒有很多經(jīng)驗(yàn)可循，這個(gè)工程走到今天，一方面體現(xiàn)了‘追趕、領(lǐng)先、跨越’的FAST精神；另一方面，鍛煉了一支包括工程管理和工程技術(shù)在內(nèi)的隊(duì)伍。”白春禮說。

（作者：馬麗 趙竹青）