：真牛！中国500米口径射电望远镜领跑世界

从贵阳机场驱车向南，经高速公路转上土石路，颠簸3个小时，穿过最后一道狭窄山口，500米直径的白色钢环突然出现，填满了视野。那是史上最大望远镜的圈梁。

走上FAST（500米口径球面射电望远镜）的圈梁，像是走在一座钢桥上。它被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空，周长1.6公里，绕走一圈要40分钟。

鸡蛋粗细橡胶表面的索绳，攀附圈梁悬垂交错，总重1300吨，已编织成网，于2月4日完工。下一步，就是拼装FAST的天线反射面。FAST预计2016年成型，中国的射电天文学届时将领跑世界。

越大越好

电视收不到信号时，屏幕上不是一片空白，而是雪花闪烁并发出刺刺声，这就是来自太空的射电信号。1931年，美国一位电子工程师发现，银河中心能传来有规律的电波。这开创了射电天文学。

射电跟光没太大区别，都是电磁波。光只是能刺激眼睛的一小部分电磁波。从伽马射线到紫外线到可见光再到红外线和射电，各有监测这些不同波段电磁波的望远镜。“射电”是比红外线频率还要低的电磁波段。

射电望远镜，跟收卫星信号的天线锅是一回事。通过锅的反射聚焦，把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。射电天文学家是装备最高级的无线电爱好者，他们聆听的信号不是人造的，而是“天生”的。

为了提高射电望远镜的表现，天文学家想出一个办法，就是让许多个天线锅对准同一目标，通过比对信号算出更精确的信号位置。但是想接收更微弱的射电，只有把天线锅造得更大。中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东说，宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的耳朵就分辨不出来。

1993年东京召开的国际无线电科学联盟大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”。他们期望，在全球电信号环境恶化到不可收拾之前，能多收获一些射电信号。建造FAST的动机肇始于此。

FAST之前，世界上最大的射电天线锅，一个是德国100米直径的“埃菲尔斯伯格”，一个是美国300米直径的“阿雷西博”。前者是可以移动摇头的，后者借助波多黎各岛上的喀斯特洼坑，跟FAST相似。

造更大的望远镜非常困难。天线锅要求毫米级的精度，在平地上建百米以上的天线锅，自重就会造成形变，一阵风也会让它变形。有天文学家提出了思路：在喀斯特地形下常见的“天坑”里造。

最圆深坑

1994年底，北京天文台（现国家天文台）牵头20所院校，提出了“喀斯特工程”。准备从中国西南无数个喀斯特地貌的凹坑中，选出一个来建大望远镜。

看过遥感图，大家确定了300个候选的圆坑，经过走访又筛选出80个最圆的。贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的一个圆形洼地——大窝凼，成为最有力的竞争者。“凼”，音荡，水坑的意思。

“当时到这里来勘测，明显感觉比其他的凼更圆一点。”南仁东说，他下踏了百个天坑，大窝凼最合适。

选一个形状最圆、深度和尺寸恰好的洼坑，可以减少“磨圆”所需的土石方工程量。在现场，南仁东指着坑底说：“绿色的地面是没有开挖过的，黄色的是动过土的。”我们目测这两部分面积是一比一。

水在石灰岩上削出几百米直径的“凼”。凼的底部都会有一个至少浴缸大小的水洼，这是积水向下渗透的地方。天文学家们考虑到，喀斯特地质下，积水可以从坑底渗漏出去，不至于於积和危害天线。不过FAST的天坑里，还是开掘了一条通到“隔壁”坑里的排水道。

指着建在山腰上的六座钢架（它们将来要拉吊起信号接收器），南仁东说，如果不依托天坑，这些钢架就得从平地而起，不光造价承担不起，也无法达到精度要求。

在天坑中建筑，很麻烦的一点是空间腾挪不开。为此施工人员想了很多办法，用人工补机器的不足，采取一系列新工艺，得以把几十座钢梁和几十段框架，一点点搬运到恰当的位置。

毫米精度

FAST的设计目标，是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里。不如此，就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构，要实现毫米级精度，是天文学家从未做过的。

光确保钢结构不变形就是一大挑战。热胀冷缩效应无法忽视。南仁东指着钢架与边框相接处说，到了夏天，边框会比冬天外移30厘米。1.6公里长的巨大边框并不固定，而是“搁”在钢架上，它与钢架的接触面是一层平滑材料。这样即使边框胀缩，钢架也不会歪斜。

FAST的天线锅呈现标准的球形，在工作时它会变形，在适当的位置形成一个300米直径的抛物面（只有抛物面才能聚焦信号，球面和抛物面差距最小，可以最方便地在局部形成抛物面）。FAST靠变形来转换天线方向。

就像水手扯动缆绳控制帆的朝向一样，FAST拉扯索网来变形天线锅。FAST的钢索网，联系着边框以及2000多个天坑地表面上的小电机。这些电机配合动作，控制着钢索网的形状。整个变形过程，由激光定位系统校准。

而在索网的上空，高高悬着一个类似于神舟飞船大小的馈源舱（信号接收单元），内设世界最精贵的接收器。这个接收单元内部，也有一个有六条伸缩腿的变形框架，负责把接收器放置在焦点上。30吨重的馈源舱，被六条400多米的钢索吊起，移动范围达200米，再求精度，谈何容易。

框架、索网、接收器，每一部分的位移都要控制在毫米级，FAST才能正常工作。

比起目前领先的“埃菲尔斯伯格”望远镜，FAST的灵敏度将提高10倍。这意味着，远在百亿光年外的射电信号，FAST也有可能听到。

监听奇迹

FAST建成后，天文学将注定有许多突破。

首先，FAST能够发现更多的脉冲星。脉冲星是1967年发现，因为信号规律，开始被误认为是外星人发出的信号。现在普遍认为，脉冲星是一种高速旋转的中子星，就像海边的灯塔，旋转的光柱扫过地球。但也有一些证据似乎不支持灯塔模型。

南仁东说：“现在我们侦测到的约2000颗脉冲星，全都是银河系内的。别的星系想必也有脉冲星。所以FAST会避开银河，对准别的星系，发现更多奇特的脉冲星，了解它是什么东西。”

南仁东说：“我们很可能会发现一些前所未见的脉冲星现象，比如说一个脉冲星和一个黑洞结对，那么就可能产生突破性的理论。”FAST期望第一年就找到几十颗银河外的脉冲星。

FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动。所谓中性氢，就是宇宙中未聚拢成恒星发光发热的氢原子，是一个质子加一个电子。本来从远处是看不到氢原子的，但质子和电子就像旋转的星球一样有磁极。如果电子磁极罕见地倒转了，一种波长为21厘米的微弱电磁波就跑了出来。

监测21厘米波，不仅能判断出哪里存在大量的中性氢，还能通过波长微小变化，判断出这些氢原子在远离还是靠近我们。

由此，FAST观测中性氢信号，就能获知星系之间互动的细节，还可能发现早期宇宙中刚刚形成的氢是怎么运动的，从而为宇宙发育史提供线索。类似的道理，FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波，让我们更精确地描绘出宇宙图景。

如果幸运，FAST还将尝试接收外星文明的电波。如果一二十年后，外星人有意无意释放的信号被地球收到，那肯定是FAST的功劳。

绝对安静

在中国有人烟的地区，大窝凼附近算是电波稀少的了。我们路过附近的另一个凼——钻过几百米的漆黑山洞，突现一座世外桃源。天坑底部种着蔬菜和庄稼，几栋木房子，狗吠鸡鸣之外，万籁无音，令人心旷神怡。这里不通电线，最近一个乡镇在5公里外。

射电望远镜正需要这么一处静土。贵州省政府2013年出台法令，在FAST周围设立一个5公里无线电静默区，30公里内不允许有干扰设施。附近的农民将为此搬迁。

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