被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST) 

“把SKA弄過來，弄死你我，都弄不成！” 

“先弄過來！弄死你我，還有后來人！”

20世紀(jì)90年代初，在國家天文臺(tái)工作的南仁東，最初將中國的大射電望遠(yuǎn)鏡夢寄托在了平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡SKA上，但他發(fā)現(xiàn)這條路越走越難，于是開始反對(duì)在中國建SKA。南仁東的師弟彭勃卻是出了名的敢想敢說敢干，師兄弟為SKA“吵”了起來。

我們到底要不要建大口徑射電望遠(yuǎn)鏡、在哪建、怎么建？經(jīng)過多次爭論、多方論證，最后得出結(jié)論——在中國建設(shè)一個(gè)約500米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡。這是一個(gè)瘋狂的計(jì)劃，因?yàn)?span>在當(dāng)時(shí)，中國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑也不到30米。

為了解決望遠(yuǎn)鏡的支撐問題，需要找到一個(gè)天然的“大坑”，讓望遠(yuǎn)鏡像一口鍋一樣“坐”在里面；為了解決電磁波信號(hào)接收機(jī)（饋源艙）的移動(dòng)問題，需要設(shè)計(jì)可靠又省錢的機(jī)械結(jié)構(gòu)；為了讓望遠(yuǎn)鏡能夠在最大范圍內(nèi)靈活追蹤目標(biāo)，需要反射面能動(dòng)——這些挑戰(zhàn)，逼出了一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

這個(gè)被譽(yù)為“中國天眼”的 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），由南仁東于1994年提出構(gòu)想，歷時(shí)22年建設(shè)，2016年9月25日落成啟用。

“天眼”建成后，其綜合性能比此前“世界最大”的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡提高了10倍，將在未來20年保持世界一流地位。以它的靈敏度，即便有人在月亮上打手機(jī)，也能夠被“看見”。

20世紀(jì)90年代初，中國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑不到30米。對(duì)老一輩天文學(xué)家來說，擁有大口徑的望遠(yuǎn)鏡一直是個(gè)夢。我國天文學(xué)長期落后，主要受制于望遠(yuǎn)鏡設(shè)備。

二戰(zhàn)后射電天文學(xué)方興未艾，接連涌現(xiàn)類星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射四大天文發(fā)現(xiàn)，而我國在這一領(lǐng)域卻長期處于空白狀態(tài)。

1993年，在日本東京舉行的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，科學(xué)家們提出，在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化之前，人類應(yīng)該建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡，接收更多來自外太空的訊息。

聽到這個(gè)提議后，時(shí)近50歲的南仁東興奮不已：“如果能抓住這個(gè)時(shí)機(jī)，中國的天文學(xué)研究就有可能領(lǐng)先國際幾十年?！币幌虻驼{(diào)的他坐不住了，主動(dòng)跑去推開中國參會(huì)代表吳盛殷的門，激動(dòng)地說：“咱們中國也建一個(gè)吧！”

南仁東最初將中國的大射電望遠(yuǎn)鏡夢寄托在了平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡SKA身上。那是一項(xiàng)大型國際科研合作項(xiàng)目，其技術(shù)路線是將上千個(gè)反射面天線和100萬個(gè)低頻天線組成一個(gè)超過100萬平方米的接收區(qū)域，收集來自宇宙的電磁波信號(hào)。

圖片來源：skatelescope.org

當(dāng)時(shí)在國際射電天文圈里有兩張活躍的中國面孔，一個(gè)是南仁東，另一個(gè)是他的師弟，后來成為FAST工程副經(jīng)理的彭勃。他倆輪流飛往國外參加研討，執(zhí)著地想將SKA的建設(shè)引入中國。

但有天這兩個(gè)互為支柱的人吵起來了。這條路越往前走南仁東越覺得走不通，他開始反對(duì)在中國建SKA?！鞍裇KA弄過來，弄死你我，都弄不成！” 他跟彭勃說，南仁東的學(xué)術(shù)風(fēng)格以“謹(jǐn)慎保守”著稱。

“先弄過來！弄死你我，還有后來人！” 彭勃和南仁東正好相反，他外號(hào)叫“彭大將軍”，出了名的敢想敢說敢干。

而后經(jīng)過多次爭論和多方論證，南仁東和彭勃的同門師兄，天文學(xué)家吳盛殷計(jì)算出，在中國建設(shè)一個(gè)約500米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡最合適，既能超越已有設(shè)備，又現(xiàn)實(shí)可行。大家便統(tǒng)一想法，將SKA的夢想，嫁接到現(xiàn)如今的FAST身上。

然而，對(duì)于當(dāng)時(shí)的中國來說，這個(gè)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的建造計(jì)劃大膽得近乎瘋狂。FAST工程建設(shè)的艱難程度遠(yuǎn)超想象，它不僅涉及天文學(xué)、力學(xué)、機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)工程、電子學(xué)，甚至涉及巖土工程等幾十個(gè)不同專業(yè)領(lǐng)域，且關(guān)鍵技術(shù)無先例可循，關(guān)鍵材料急需攻關(guān)，現(xiàn)場施工環(huán)境也異常惡劣復(fù)雜。

因此，幾乎所有業(yè)內(nèi)專家都不看好這個(gè)項(xiàng)目，有人甚至認(rèn)為是天方夜譚。

盡管如此，天生倔強(qiáng)又愛迎接挑戰(zhàn)的南仁東決定堅(jiān)持這個(gè)計(jì)劃。從FAST的選址、立項(xiàng)、可行性研究，到指導(dǎo)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究以及模型試驗(yàn)，南仁東似乎為這只“天眼”著了魔，把余生的精力毫無保留地拋灑給了它。

在國際上，用鋼結(jié)構(gòu)建造的望遠(yuǎn)鏡，100-150米已經(jīng)是工程的極限。要想做500米口徑的望遠(yuǎn)鏡，就要依靠地勢。讓望遠(yuǎn)鏡像一口鍋一樣“坐”在里面；為了解決電磁波信號(hào)接收機(jī)，即饋源艙的移動(dòng)問題，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可靠又省錢的機(jī)械結(jié)構(gòu)；為了讓望遠(yuǎn)鏡能夠在最大范圍內(nèi)靈活追蹤天上的目標(biāo)，需要望遠(yuǎn)鏡反射面能動(dòng)——正是這些挑戰(zhàn)，逼出了FAST的三大技術(shù)創(chuàng)新。

中國西南的大山里，有著建設(shè)“天眼”極佳的地理?xiàng)l件：幾百米的山谷被四面的山體圍繞，天然擋住外面的電磁波。貴州的喀斯特地貌，坑洼眾多，成了天然的候選臺(tái)址?？墒沁x擇哪個(gè)作為“天眼”的家？

從1994年到2005年，南仁東走遍了貴州大山里的上百個(gè)窩凼。亂石密布的喀斯特石山里，沒有路，只能從石頭縫間的灌木叢中，深一腳、淺一腳地挪過去。

一次，南仁東下窩凼時(shí)，瓢潑大雨從天而降。他曾親眼見過窩凼里的泥石流，山洪裹著砂石，連人帶樹都能一起沖走。南仁東往嘴里塞了救心丸，連滾帶爬回到埡口。

“有的大山里沒有路，我們走的次數(shù)多了，才成了路。”“天眼”工程臺(tái)址與觀測基地系統(tǒng)總工程師朱博勤回憶，十幾年下來，綜合尺度規(guī)模、電磁波環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、工程地質(zhì)環(huán)境等因素，最終在391個(gè)備選洼地里選中了位于貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)的大窩凼。

立項(xiàng)，是最為艱難的時(shí)刻。為了推動(dòng)FAST立項(xiàng)，南仁東每次向相關(guān)部門匯報(bào)項(xiàng)目都至少提前一個(gè)小時(shí)達(dá)到會(huì)場。僅僅是因?yàn)?，他怕堵車遲到。那段日子，經(jīng)常需要寫個(gè)三五千字的項(xiàng)目介紹，要得很急。南仁東就和同事一起在辦公室，逐字逐句斟酌，常常弄到凌晨。他怕稍有疏漏，影響項(xiàng)目的成敗。

2007年7月，歷經(jīng)十幾年，F(xiàn)AST作為“十一五”重大科學(xué)裝置正式被國家批準(zhǔn)立項(xiàng)。

FAST立項(xiàng)后，南仁東更拼命了。他一心想讓“天眼”盡快建成啟用。FAST，正是“快”的意思。

2010年，F(xiàn)AST曾經(jīng)歷一場近乎災(zāi)難性的風(fēng)險(xiǎn)——索網(wǎng)疲勞問題。當(dāng)時(shí)購買的鋼索進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)后，沒有一例能滿足FAST的使用要求。FAST反射面的結(jié)構(gòu)形式也因此遲遲定不下來。南仁東寢食難安，天天與技術(shù)人員溝通。經(jīng)歷近百次失敗后，他終于帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出滿足要求的鋼索結(jié)構(gòu)。

鋼索的研發(fā)成功，促成了十二項(xiàng)自主創(chuàng)新專利成果的形成。世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在FAST工程身上得以成功運(yùn)用。

像這樣創(chuàng)新的例子，在FAST的建造過程中不勝枚舉。FAST由主動(dòng)反射面、饋源支撐、測量與控制、接收機(jī)與終端、臺(tái)址與觀測基地等六大系統(tǒng)組成，每一個(gè)系統(tǒng)里又有很多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)里又有很多個(gè)裝置。科學(xué)工作者自主設(shè)計(jì)、自主研發(fā)了FAST的絕大部分技術(shù)。

FAST饋源支撐塔開始安裝時(shí)，南仁東立志第一個(gè)爬上每一座塔的塔頂。他確實(shí)這樣做了。

對(duì)南仁東的這份執(zhí)著，F(xiàn)AST工程饋源支撐系統(tǒng)副總工李輝曾感到不解?，F(xiàn)在回想起南仁東在塔頂推動(dòng)大滑輪的情景，他明白了——南仁東是在用特殊的方式擁抱FAST啊！

巨大的“天眼”里，熔鑄了南仁東的心血，更熔鑄了他的感情。2008年底，F(xiàn)AST奠基時(shí)，奠基石上就刻著南仁東親自擬的對(duì)聯(lián)：“北筑鳥巢迎圣火，南修窩凼落星辰?！?/span>

“中國天眼”FAST——是世界上口徑最大、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

500米口徑，其接收電波的面積相當(dāng)于30個(gè)足球場那么大，足足可以“裝”下8個(gè)“鳥巢”體育館。如果要給這口“大鍋”裝滿礦泉水，能讓全世界每人喝上4瓶。

FAST的大，大得有道理。只有口徑越大，才能“看”得越遠(yuǎn)?？茖W(xué)家打過比方，以它的靈敏度，即便有人在月亮上打手機(jī)，也能被“看見”。

FAST建成后，其綜合性能比此前榮膺“世界最大”的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡提高了10倍，將在未來20年保持世界一流設(shè)備的地位。有了它，不僅中國人得以透望更多天外星辰，人類的視野也得以擴(kuò)展到宇宙更遼遠(yuǎn)處。

截至目前，F(xiàn)AST共發(fā)現(xiàn)了53顆脈沖星，60顆優(yōu)質(zhì)候選體。除了搜索脈沖星，F(xiàn)AST還有著更重要的科學(xué)目標(biāo)，包括探測中性氫，以揭示宇宙膨脹、星系形成及演化的奧秘。以及搜尋可能存在的外星生命等等。

可以說，擁有世界領(lǐng)先的絕對(duì)靈敏度，讓FAST擁有無限的可能。黨的十九大報(bào)告中，“天眼”與天宮、蛟龍、大飛機(jī)等一起，被列為創(chuàng)新型國家建設(shè)的豐碩成果。

1609年，意大利科學(xué)家伽利略用自制的天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面高低不平的環(huán)形山，他成為利用望遠(yuǎn)鏡觀測天體第一人。

400多年后，代表中國科技高度的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡——“中國天眼”，將首批觀測目標(biāo)鎖定在直徑10萬光年的銀河系邊緣，探究恒星起源的秘密。

天文學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)看上去顯得“高大上”，但實(shí)際上離我們的生活卻很近：射電天文學(xué)家在研究中的副產(chǎn)品WLAN技術(shù)，成了今天每個(gè)人生活都離不開的WIFI技術(shù)的前身；天文學(xué)類地行星的研究，讓我們有了與“來自星星的你”交流的靈感……

在南仁東看來，“天眼”建設(shè)不由經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，而是源自人類的創(chuàng)造沖動(dòng)和探索欲望。

如今，在喀斯特地貌的深山幽谷中，在與家人分居兩地、連手機(jī)信號(hào)都沒有的與世隔絕里，工作在這里的年輕人仍然像“南老師”一樣，惜時(shí)如金地忙碌著——試驗(yàn)、調(diào)試，再試驗(yàn)、再調(diào)試……為的是要讓FAST成為一臺(tái)“好用的望遠(yuǎn)鏡”。

在大山深處，在常人無法忍受的寂寞中，南仁東卻用無限詩意的語言描述他們的所得：