探索宇宙之眼：中國(guó)天眼 FAST 的傳奇歷程

作者黃湘紅段躍初黃艷紅

在浩瀚無(wú)垠的宇宙深處，隱藏著無(wú)數(shù)的奧秘等待人類(lèi)去揭開(kāi)。而在中國(guó)貴州的崇山峻嶺之間，有一只巨大的“眼睛”正凝視著蒼穹，它就是被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的 500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。這一偉大的科學(xué)工程，不僅是中國(guó)科技實(shí)力的象征，更是人類(lèi)探索宇宙的重要里程碑。

圖為：作者中國(guó)國(guó)家天文協(xié)會(huì)會(huì)員黃湘紅與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員武向平院士在天眼之父南仁東先生的故鄉(xiāng)——吉林遼源講課時(shí)的合影

一、夢(mèng)想的起源

人類(lèi)對(duì)宇宙的探索從未停止過(guò)。自古以來(lái)，人們就仰望星空，試圖理解宇宙的奧秘。隨著科技的不斷進(jìn)步，射電天文學(xué)逐漸興起，為人類(lèi)打開(kāi)了一扇窺探宇宙的新窗戶。

20 世紀(jì) 90 年代，中國(guó)天文學(xué)家南仁東提出了在中國(guó)建設(shè)一臺(tái) 500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)想。這個(gè)大膽的想法源于他對(duì)宇宙探索的執(zhí)著追求和對(duì)中國(guó)科技發(fā)展的堅(jiān)定信心。南仁東深知，這樣一臺(tái)大型射電望遠(yuǎn)鏡將為中國(guó)的天文學(xué)研究帶來(lái)巨大的機(jī)遇，使中國(guó)在國(guó)際天文學(xué)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。

然而，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想并非易事。建設(shè)一臺(tái) 500 米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，面臨著諸多技術(shù)難題和巨大的工程挑戰(zhàn)。但南仁東并沒(méi)有被困難嚇倒，他帶領(lǐng)著一支由天文學(xué)家、工程師和技術(shù)人員組成的團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始了漫長(zhǎng)而艱苦的籌備工作。

二、艱難的籌備

在籌備階段，團(tuán)隊(duì)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)就是選址。射電望遠(yuǎn)鏡需要一個(gè)電磁環(huán)境優(yōu)良、地形適合的地方。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)地勘察和分析，最終確定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼建設(shè) FAST。這里的喀斯特地貌形成了天然的洼地，非常適合建造大型射電望遠(yuǎn)鏡。同時(shí)，這里的電磁環(huán)境也非常純凈，能夠有效地減少外界干擾，提高觀測(cè)精度。

選址確定后，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始進(jìn)行詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)。FAST 的設(shè)計(jì)理念獨(dú)特，采用了主動(dòng)反射面技術(shù)，由數(shù)千塊反射面板組成，可以根據(jù)觀測(cè)需要實(shí)時(shí)調(diào)整形狀，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方向的天體進(jìn)行高精度觀測(cè)。這一技術(shù)在當(dāng)時(shí)是世界首創(chuàng)，沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。團(tuán)隊(duì)成員們只能通過(guò)不斷的理論研究和模擬實(shí)驗(yàn)，逐步攻克技術(shù)難題。

除了技術(shù)難題，資金也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。建設(shè) FAST 需要巨額的資金投入，而在當(dāng)時(shí)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力還相對(duì)較弱。為了籌集資金，南仁東四處奔走，向政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)尋求支持。他的執(zhí)著和堅(jiān)持感動(dòng)了許多人，最終成功地籌集到了建設(shè)資金。

三、建設(shè)的征程

2011 年，F(xiàn)AST 工程正式開(kāi)工建設(shè)。這是一場(chǎng)艱苦卓絕的戰(zhàn)斗，數(shù)千名建設(shè)者們匯聚在大窩凼，開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)五年的建設(shè)歷程。

建設(shè)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)面臨著無(wú)數(shù)的困難和挑戰(zhàn)。首先是施工難度大。大窩凼地處山區(qū)，交通不便，施工條件艱苦。建設(shè)者們需要在陡峭的山坡上修建道路、鋪設(shè)電纜，還要在洼地里建造巨大的反射面和支撐結(jié)構(gòu)。為了確保工程質(zhì)量和進(jìn)度，他們克服了重重困難，采用了先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，日夜奮戰(zhàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)。

其次是技術(shù)難題多。FAST 的建設(shè)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，如天文學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等。團(tuán)隊(duì)成員們需要不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和突破，才能確保望遠(yuǎn)鏡的性能和質(zhì)量。例如，反射面板的制造和安裝就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。每一塊反射面板都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)和精確的安裝調(diào)試，才能保證整個(gè)反射面的精度和穩(wěn)定性。

在建設(shè)過(guò)程中，南仁東始終堅(jiān)守在施工現(xiàn)場(chǎng)，親自指導(dǎo)工程建設(shè)。他對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)都嚴(yán)格要求，不放過(guò)任何一個(gè)質(zhì)量問(wèn)題。他的敬業(yè)精神和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度深深地感染了每一個(gè)建設(shè)者，大家齊心協(xié)力，共同為建設(shè) FAST 而努力奮斗。

四、成功的喜悅

經(jīng)過(guò)五年的艱苦建設(shè)，2016 年 9 月 25 日，F(xiàn)AST 正式落成啟用。這是一個(gè)令人激動(dòng)的時(shí)刻，無(wú)數(shù)人為之歡呼雀躍。FAST 的落成，標(biāo)志著中國(guó)在射電天文學(xué)領(lǐng)域取得了重大突破，成為了世界上擁有最先進(jìn)射電望遠(yuǎn)鏡的國(guó)家之一。

FAST 的性能非常卓越。它的口徑達(dá)到了 500 米，是世界上最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡。它的靈敏度極高，可以探測(cè)到極其微弱的射電信號(hào)，比德國(guó)波恩 100 米望遠(yuǎn)鏡靈敏度高 10 倍，比美國(guó)阿雷西博 350 米望遠(yuǎn)鏡綜合性能高 10 倍。它的觀測(cè)范圍也非常廣泛，可以觀測(cè)到 137 億光年以外的宇宙空間，為人類(lèi)探索宇宙的起源和演化提供了有力的工具。

FAST 的落成啟用，吸引了全世界的目光。許多國(guó)際天文學(xué)家紛紛來(lái)到中國(guó)，希望能夠利用 FAST 進(jìn)行科學(xué)研究。FAST 也成為了中國(guó)科技創(chuàng)新的一張亮麗名片，展示了中國(guó)在科技領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力和卓越成就。

五、科學(xué)的探索

FAST 落成后，立即投入到了緊張的科學(xué)觀測(cè)中?？蒲袌F(tuán)隊(duì)利用 FAST 開(kāi)展了一系列重要的科學(xué)研究項(xiàng)目，取得了豐碩的成果。

在脈沖星研究方面，F(xiàn)AST 發(fā)揮了巨大的作用。脈沖星是一種高速旋轉(zhuǎn)的中子星，具有極其穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。通過(guò)觀測(cè)脈沖星，可以研究宇宙的引力場(chǎng)、磁場(chǎng)和時(shí)空結(jié)構(gòu)等重要問(wèn)題。FAST 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百顆新的脈沖星，為脈沖星研究提供了豐富的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

在快速射電暴研究方面，F(xiàn)AST 也取得了重要進(jìn)展?？焖偕潆姳┦且环N神秘的宇宙現(xiàn)象，其起源和機(jī)制至今仍然是一個(gè)未解之謎。FAST 對(duì)快速射電暴的觀測(cè)，為解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)提供了新的線索。

此外，F(xiàn)AST 還在納赫茲引力波、星系演化、星際介質(zhì)等領(lǐng)域開(kāi)展了深入的研究。這些研究成果不僅為人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙提供了新的視角和方法，也為中國(guó)在國(guó)際天文學(xué)領(lǐng)域贏得了聲譽(yù)。

六、未來(lái)的展望

FAST 的成功建設(shè)和運(yùn)行，只是中國(guó)天文學(xué)發(fā)展的一個(gè)新起點(diǎn)。未來(lái)，F(xiàn)AST 將繼續(xù)發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢(shì)，為人類(lèi)探索宇宙的奧秘做出更大的貢獻(xiàn)。

一方面，科研團(tuán)隊(duì)將不斷優(yōu)化 FAST 的性能和觀測(cè)方法，提高觀測(cè)精度和效率。他們將開(kāi)展更多的科學(xué)研究項(xiàng)目，深入探索宇宙的奧秘。同時(shí)，他們也將加強(qiáng)與國(guó)際天文學(xué)家的合作，共同推動(dòng)天文學(xué)的發(fā)展。

另一方面，F(xiàn)AST 將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，在天文學(xué)教育、科普旅游、高科技產(chǎn)業(yè)等方面，F(xiàn)AST 都將發(fā)揮重要的作用。它將吸引更多的人關(guān)注天文學(xué)，激發(fā)人們對(duì)科學(xué)的興趣和熱愛(ài)。

總之，中國(guó)天眼 FAST 是人類(lèi)探索宇宙的偉大工程，它的發(fā)展歷程充滿了艱辛與挑戰(zhàn)，也充滿了成就與榮耀。在未來(lái)的日子里，它將繼續(xù)引領(lǐng)中國(guó)天文學(xué)走向世界前沿，為人類(lèi)揭開(kāi)宇宙的神秘面紗。我們相信，在 FAST 的幫助下，人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)將不斷深化，我們的未來(lái)也將更加美好。