來源中國軍網綜合
FAST是中國之最，也是世界之最，它由我國天文學家南仁東帶領的團隊於1994年提出構想，中國科學院國家天文臺主導建設，具有我國自主知識產權，是當今世界最大單口徑、最靈敏的射電天文望遠鏡。今天，讓我們一起走近這個遙望星空的國家大工程——“中國天眼”FAST。請關注《解放軍報》的報道——
領略“中國天眼”的獨特魅力
■解放軍報記者 韓阜業
隨著人類科學技術的進步，遙望“宇宙之光”的天文學在20世紀30年代，衍生出新的分支學科——射電天文學。儘管這是一個年輕學科，但發展至今，已經產生了6項相關的諾貝爾獎。上世紀的“四大天文發現”——類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射都是利用射電觀測手段測得的。射電天文學堪稱孕育重大天文發現的搖籃，在國際天文學界已成共識。
何為“射電”？它其實是天文學中的獨有說法，指的是來自天體的無線電波。曾幾何時，世界領先的射電天文望遠鏡均由歐美國家建造。2016年，500米口徑球面射電天文望遠鏡（英文簡寫“FAST”）在貴州省平塘縣建成，我國在相關領域跨入了世界先進行列。
FAST是中國之最，也是世界之最，它由我國天文學家南仁東帶領的團隊於1994年提出構想，中國科學院國家天文臺主導建設，具有我國自主知識產權，是當今世界最大單口徑、最靈敏的射電天文望遠鏡。
今天，讓我們一起走近這個遙望星空的國家大工程——“中國天眼”FAST。
空中俯視“中國天眼”。張 曦供
登高遠眺，感知“天眼”規模之大、能力之強
從1937年世界上第一架口徑9.5米的射電天文望遠鏡建成至今，射電天文望遠鏡的口徑不斷增大，這是因為它的靈敏度與其反射面口徑成正比。人類要想不斷探索遙遠深邃宇宙中的奧秘，就必須研製更大口徑的射電天文望遠鏡。
被稱為世界最大單口徑射電天文望遠鏡的“中國天眼”，其反射面是由4450塊、186種大小不同的三角形反射板組成，每塊板的平均邊長約為11米，其反射面總面積相當於30個標準足球場那麼大。
從1994年啟動選址，到2011年動工，再到2016年竣工，建設者們用了22年時間，建成了這座舉世矚目的“中國天眼”。
大家可能會想，“中國天眼”除了大，還有什麼獨特之處呢？捕獲“天外之聲”，探析宇宙奧秘，它有能力間接觀測暗物質和暗能量，可從宇宙起源到星際介質的探索、對闇弱脈衝星及其他闇弱射電源的搜索、對地外理性生命的搜索等方面，實現科學技術的重大突破。
作為射電天文望遠鏡，“能捕捉到更微弱的信號”才是核心能力所在。所以，“中國天眼”最為突出的，就是其超強的靈敏度。正如我國著名光電子學家王啟明所說：“假設你在月球上打電話，FAST就可以探測到你的信號。”由於勝人一籌的靈敏度，FAST能探測到更闇弱的天體。
美國物理學家約瑟夫·泰勒曾介紹，自己在美國阿雷西博305米口徑射電天文望遠鏡的幫助下，與另一學者共同發現了雙星系統脈衝星，繼而利用該望遠鏡進行長期觀測，為引力波的存在提供了堅實的證據，於1993年獲得諾貝爾物理學獎。有關科學家說，FAST與被評為人類20世紀“十大工程”之首的美國阿雷西博305米口徑射電天文望遠鏡相比，靈敏度提高2倍。
中國科學院國家天文臺副臺長鄭曉年也表示，作為世界最大的單口徑望遠鏡，FAST將在未來10至20年內保持世界一流設備的地位。
深空狩獵，科學家們特別希望FAST能夠發現銀河系外新的天體，特別是快速旋轉、密度極高的脈衝星。如果FAST能發現河外星系中的射電脈衝星，將在國際上具有開創性意義。
據瞭解，雖然建成的時間不長，但FAST工程的技術團隊已開始著手進行相關觀測。
置身其中，感知“天眼”設計之精、工程之巧
如果有幸能夠走近“中國天眼”，那麼你一定會被其各個環節的精巧設計所震撼。
“中國天眼”有著數不盡的“神工天巧”，索網結構就是其中最亮眼的一個。作為主動反射面的主要支撐結構，其索網結構是反射面主動變位工作的關鍵點。它的一些關鍵指標，遠高於國內外相關領域的規範要求。例如，主索長度控制精度須達到1毫米以內，主索節點的位置精度須達到5毫米以內。其中，索構件疲勞強度不得低於500兆帕，相當於國際規範定值的2.5倍。因此，它被視為當今世界跨度最大、精度最高的索網結構。
6670根主索、2225個主索節點及相同數量的下拉索，完整地拼出了FAST的索網。拼裝完成後，FAST的巨大反射面看起來就像一口“超級大鍋”，6個支撐塔高高豎起，網格逐漸爬滿了“鍋”底，向上延伸“咬住”環梁，反射面面板一圈一圈鋪滿索網的空隙，織完巨網。
這一索網結構，是世界上第一個採用變位工作方式的索網體系。也就是說，索網可以根據觀測天體的方位，啟動促動器控制下拉索，在FAST反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面，以實現精確觀測。有人把這個可移動的拋物面形象地稱為“中國天眼”的“虹膜”。
提到“虹膜”，就不得不再說說“中國天眼”的“瞳孔”——饋源艙。饋源是指射電天文望遠鏡用來接收天體信號的系統，饋源艙就是用於安放這個系統的平臺。
美國阿雷西博射電天文望遠鏡的饋源平臺重近千噸，幾乎等於用固定軌道把平臺架設在半空。這樣的設計，雖有利於饋源的定位，卻縮小了觀測角度。FAST最終創新性地採取輕型索支撐饋源平臺方案，把饋源艙減重到30噸，由6條600多米長的鋼索吊在空中精準定位，誤差不超過48毫米。這樣的工程難度，世界上前所未有。
“我們採用了光機電一體化技術，創新性地提出了輕型索支撐饋源平臺，並使用並聯機器人進行二次精調，實現高精度指向跟蹤。這也是FAST的‘三大自主創新’之一。”FAST饋源支撐系統總工程師朱文白說，“通過捲揚機收放鋼索，可以驅動饋源艙在一個距離地面高140米至180米、直徑為207米的球冠面上運動，最大定位精度小於10毫米。”
FAST建設之精巧，還體現在選址上。科技人員利用平塘縣喀斯特漏斗窪地，依託當地獨特的山體優勢，順勢建成了“中國天眼”。
“天然的喀斯特地形，可使雨水不會存積，與望遠鏡形狀接近的山體窪地，又可以令工程開挖量大大減少，從而節省工程造價。”國家天文臺高級工程師朱明介紹，科研人員對臺址選擇制訂了非常“苛刻”的篩選指標，既要研究臺址自身的巖體結構、水文情況、長短軸比例、挖填方率是否合適，還要考察臺址山形的閉合情況、幾何形狀是否達標，最後再綜合臺址地區的地質災害、地震風險、氣象條件、無線電環境等是否滿足條件。
經過10餘年的精挑細選和實地勘察，現址從一萬多個備選地點中脫穎而出。
縱觀中外，感知“天眼”建設之快、影響之廣
我國的射電天文學研究起步比國際上其他國家晚了許多年。“起步比別人晚，就要比別人花時間多一點、走得快一點，否則永遠趕不上。”FAST首席科學家、總工程師南仁東把生命中近三分之一的時光都奉獻給了FAST。
1993年，國際無線電科學聯盟大會在日本東京舉行。有科學家提出，在全球電波環境繼續惡化之前，人類應該建造新一代射電天文望遠鏡，接收更多外太空的訊息。南仁東認為，這對中國來說是個千載難逢的好機會。“建造新一代射電天文望遠鏡”這個大膽的設想油然而生。然而，對於20世紀90年代初的中國來講，如此設想可謂“膽量超大”。
儘管如此，南仁東還是毅然決然地選擇了堅持。他為找到一個合適的臺址，用了10餘年時間走遍貴州的山山水水，實地考察了上百個窩凼。
終於，2007年7月，FAST作為“十一五”重大科學裝置正式被國家批准立項。從那一天起，FAST就如同其英文縮寫的含義（快速）一樣，開始了快速建設之旅。
FAST快在沒有延期一天。工程建設從2011年3月5日開工報告批覆之日起，到2016年9月25日如期竣工，歷時2011天，全程沒有出過重大安全事故。
FAST快在調試期不到兩年。大型望遠鏡的調試期一般超過4年，比如美國綠岸GBT望遠鏡（100米）花了6年，意大利SRT望遠鏡（64米）超過5年。
FAST快在調試階段就已開始進行早期科學研究。在不斷校準“中國天眼”的“視力”過程中，中國天文學家們爭分奪秒地開展科學觀測。在望遠鏡還不能移動的情況下，他們就採用漂移掃描的方式，讓地球自轉帶著“中國天眼”巡天。建成還不到一年，FAST就實現了精確跟蹤觀測模式，驗證了它超高的靈敏度和望遠鏡效率。
FAST快在調試階段就開始系統發現新脈衝星。目前已發現了90餘顆脈衝星候選體。這歸功於科學團隊提前準備，對團隊成員進行了相應的觀測及數據處理訓練，開發了創新搜索軟件和數據庫……
科技是國之利器，大科學裝置無疑是利器的鋒刃，是當之無愧的國之重器。
22年鑄就而成的“中國天眼”，值得信賴，更值得期待！
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