
2016年9月25日,全球最大的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)在中國貴州一處偏遠的大山深壑竣工,成為我國重大科學基礎設施工程建設史上的一座裡程碑,在全球大型射電望遠鏡的建造史上創造了新紀錄。
2020年1月11日,被譽為“中國天眼”的FAST通過國家驗收,正式開放運作。這台500米口徑球面射電望遠鏡,世界最大、靈敏度最高,能收到100多億光年以外的電磁信号。運作将近一年間,通過FAST新發現的脈沖星超過240顆,大大提高了人類的“視野”。
2020年12月,位于美國的阿雷西博射電望遠鏡突然坍塌,離開曆史舞台。“失去阿雷西博,現在我們隻有一隻眼睛了。”全球天文學家不約而同将目光轉向了“中國天眼”FAST。
2021年初,中國方面宣布,FAST将于2021年4月1日起正式對全球科學界開放,預計第一年配置設定給國外科學家的觀測時間約占10%。中國“天眼”成為世界“巨眼”,令全世界科學家振奮。
FAST建設曆時5年半工期,總造價高達11.5億元人民币。而它的建造,始于20世紀90年代一個神奇而大膽的夢想。近日由上海科技教育出版社出版的《天眼工程——大射電望遠鏡FAST追夢實錄》一書中,FAST工程項目核心成員、中國科學院FAST重點實驗室主任彭勃以全程親曆者的視角,通過300張珍貴圖檔和大量一手資料,還原了“中國天眼”的誕生曆程。
為什麼要建“天眼工程”?
1993年在日本京都召開的國際無線電科學聯合會(URSI)大會期間,來自10個國家的天文學家經過研讨,形成一個共識,即建造接收面積達一平方公裡的大射電望遠鏡陣,深入研究宇宙起源、微波背景輻射、紅移等問題。這個計劃展現了科學家的想象力,同時具有很大風險,是個投資巨大、技術複雜、沒有廣泛國際合作就難以實作的大科學工程。
當時,中國天文學家吳盛殷參加了此次會議,回國後便與南仁東等科學家商議,在中國建造世界第一面500米口徑大射電望遠鏡。
當時,國内射電望遠鏡的最大口徑僅為25米。建造FAST的大膽設想提出後,得到國家有關部門的積極響應。1995年底,射電“大望遠鏡”中國推進委員會成立。以王绶琯、南仁東、彭勃等為代表的老中青科學家,憑着強烈的科學家良知與責任感投入艱苦工作。
FAST英文全稱為“Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope”,漢語即“500米口徑球面射電望遠鏡”。為什麼是500米?
1997年初,課題組逐漸細化“天眼”主要性能名額,包括觀測頻段和口徑。
當時,世界最大射電望遠鏡單口徑是美國阿雷西博望遠鏡,口徑大約305米,照明口徑約200米,最大天頂角約20°。“天眼”應與其整體性能相當甚至更高,才具有吸引力。
經過精密計算,“天眼”有效口徑如果要達到300米,整體口徑就要達到519米,才能有30°天頂角。如果繼續擴大到40°天頂角,先導望遠鏡口徑就要560米。考慮造價等種種因素,最終立項建議書明确:FAST口徑500米。
3月28日拍攝的“中國天眼”全景(維護保養期間拍攝,無人機照片) 新華社記者 歐東衢 攝
為什麼選址貴州平塘?
經常會有人問,大射電望遠鏡台址為什麼會選在貴州?為什麼會選中平塘縣的窪地?
實際情況是,經過無數研究和調查,無數次跋涉在荒無人煙的崇山峻嶺,才确定了這一選址。
為什麼會選擇喀斯特地貌?因為喀斯特是地質發育岩性“丘陵”狀地貌,因水而成,但不積存水,是自然界的“抽水馬桶”。為降低大型球反射面望遠鏡的建造成本,需要利用天然喀斯特窪地群作為台址。1994年起,中科院遙感所的地學專家們在貴州進行了長期、艱苦的喀斯特窪地台址踏勘和地質地理學綜合調查,以航空照片和地形圖為基礎,找到多個适合建造直徑300米至500米大射電望遠鏡的候選窪地。
1995年底,近400個候選窪地的地形地貌形态基本資料庫形成,每個窪地的長軸方位、長短軸比、窪地深度、環繞峰數、直徑、地理坐标、峰頂海拔等資料都被記錄在案。十多年來,選址從業人員跋涉在貴州的綠水青山之間,考察最近居民點規模、周圍植被狀況、窪地耕地等,還向候選窪地附近村寨的農民打聽雨雪、冰雹、雷電、洪澇等氣候情況。最終,台址的選擇是在考慮自然地理、地貌發育控制因素、窪地形态特征、選區水文地質、工程地質、資源環境及電磁甯靜情況等諸多方面後,進行多學科綜合評價後決定的。
FAST是貴州的、中國的,最終是人類的。貴州省人民政府原副秘書長何崇遠說:“花點時間讀《天眼工程》,相信讀者會被FAST人彰顯的精神風貌所觸動而引發思考,不斷在科學及社會經濟發展的崎岖山路上,不畏艱險地攀登。”