“吵”出來的中國天眼

改革開放40年

那些不為人知的瞬間?

被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)

“把SKA弄過來，弄死你我，都弄不成！”

“先弄過來！弄死你我，還有後來人！”

20世紀90年代初，在國家天文台工作的南仁東，最初將中國的大射電望遠鏡夢寄托在了平方公里陣列望遠鏡SKA上，但他發現這條路越走越難，於是開始反對在中國建SKA。南仁東的師弟彭勃卻是出了名的敢想敢說敢乾，師兄弟為SKA“吵”了起來。

我們到底要不要建大口徑射電望遠鏡、在哪建、怎麽建？經過多次爭論、多方論證，最後得出結論——在中國建設一個約500米口徑的射電望遠鏡。這是一個瘋狂的計劃，因為在當時，中國最大的射電望遠鏡口徑也不到30米。

為了解決望遠鏡的支撐問題，需要找到一個天然的“大坑”，讓望遠鏡像一口鍋一樣“坐”在裡面；為了解決電磁波信號接收機（饋源艙）的移動問題，需要設計可靠又省錢的機械結構；為了讓望遠鏡能夠在最大範圍內靈活追蹤目標，需要反射面能動——這些挑戰，逼出了一項項技術創新。

這個被譽為“中國天眼”的 500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），由南仁東於1994年提出構想，歷時22年建設，2016年9月25日落成啟用。

“天眼”建成後，其綜合性能比此前“世界最大”的阿雷西博望遠鏡提高了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，也能夠被“看見”。

“咱們中國也建一個吧！”

20世紀90年代初，中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米。對老一輩天文學家來說，擁有大口徑的望遠鏡一直是個夢。我國天文學長期落後，主要受製於望遠鏡設備。

二戰後射電天文學方興未艾，接連湧現類星體、脈衝星、星際分子和微波背景異塵餘生四大天文發現，而我國在這一領域卻長期處於空白狀態。

1993年，在日本東京舉行的國際無線電科學聯盟大會上，科學家們提出，在全球電波環境繼續惡化之前，人類應該建造新一代射電望遠鏡，接收更多來自外太空的訊息。

聽到這個提議後，時近50歲的南仁東興奮不已：“如果能抓住這個時機，中國的天文學研究就有可能領先國際幾十年。”一向低調的他坐不住了，主動跑去推開中國參會代表吳盛殷的門，激動地說：“咱們中國也建一個吧！”

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

圖片來源：skatelescope.org

當時在國際射電天文圈裡有兩張活躍的中國面孔，一個是南仁東，另一個是他的師弟，後來成為FAST工程副經理的彭勃。他倆輪流飛往國外參加研討，執著地想將SKA的建設引入中國。

但有天這兩個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，他開始反對在中國建SKA。“把SKA弄過來，弄死你我，都弄不成！” 他跟彭勃說，南仁東的學術風格以“謹慎保守”著稱。

“先弄過來！弄死你我，還有後來人！” 彭勃和南仁東正好相反，他外號叫“彭大將軍”，出了名的敢想敢說敢乾。

而後經過多次爭論和多方論證，南仁東和彭勃的同門師兄，天文學家吳盛殷計算出，在中國建設一個約500米口徑的射電望遠鏡最合適，既能超越已有設備，又現實可行。大家便統一想法，將SKA的夢想，嫁接到現如今的FAST身上。

然而，對於當時的中國來說，這個500米口徑球面射電望遠鏡的建造計劃大膽得近乎瘋狂。FAST工程建設的艱難程度遠超想象，它不僅涉及天文學、力學、機械工程、結構工程、電子學，甚至涉及岩土工程等幾十個不同專業領域，且關鍵技術無先例可循，關鍵材料急需突破，現場施工環境也異常惡劣複雜。

因此，幾乎所有業內專家都不看好這個項目，有人甚至認為是天方夜譚。

儘管如此，天生倔強又愛迎接挑戰的南仁東決定堅持這個計劃。從FAST的選址、立項、可行性研究，到指導各項關鍵技術的研究以及模型試驗，南仁東似乎為這隻“天眼”著了魔，把餘生的精力毫無保留地拋灑給了它。

FAST，正是“快”的意思

在國際上，用鋼結構建造的望遠鏡，100-150米已經是工程的極限。要想做500米口徑的望遠鏡，就要依靠地勢。讓望遠鏡像一口鍋一樣“坐”在裡面；為了解決電磁波信號接收機，即饋源艙的移動問題，需要設計一個可靠又省錢的機械結構；為了讓望遠鏡能夠在最大範圍內靈活追蹤天上的目標，需要望遠鏡反射面能動——正是這些挑戰，逼出了FAST的三大技術創新。

中國西南的大山裡，有著建設“天眼”極佳的地理條件：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，坑窪眾多，成了天然的候選台址。可是選擇哪個作為“天眼”的家？

從1994年到2005年，南仁東走遍了貴州大山裡的上百個窩氹。亂石密布的喀斯特石山裡，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，南仁東下窩氹時，瓢潑大雨從天而降。他曾親眼見過窩氹裡的泥石流，山洪裹著砂石，連人帶樹都能一起衝走。南仁東往嘴裡塞了救心丸，連滾帶爬回到埡口。

“有的大山裡沒有路，我們走的次數多了，才成了路。”“天眼”工程台址與觀測基地系統總工程師朱博勤回憶，十幾年下來，綜合尺度規模、電磁波環境、生態環境、工程地質環境等因素，最終在391個備選窪地裡選中了位於貴州省黔南州平塘縣克度鎮的大窩氹。

立項，是最為艱難的時刻。為了推動FAST立項，南仁東每次向相關部門匯報項目都至少提前一個小時達到會場。僅僅是因為，他怕堵車遲到。那段日子，經常需要寫個三五千字的項目介紹，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，影響項目的成敗。

2007年7月，歷經十幾年，FAST作為“十一五”重大科學裝置正式被國家批準立項。

FAST立項後，南仁東更拚命了。他一心想讓“天眼”盡快建成啟用。FAST，正是“快”的意思。

2010年，FAST曾經歷一場近乎災難性的風險——索網疲勞問題。當時購買的鋼索進行疲勞實驗後，沒有一例能滿足FAST的使用要求。FAST反射面的結構形式也因此遲遲定不下來。南仁東寢食難安，天天與技術人員溝通。經歷近百次失敗後，他終於帶領團隊研製出滿足要求的鋼索結構。

鋼索的研發成功，促成了十二項自主創新專利成果的形成。世界上跨度最大、精度最高的索網結構在FAST工程身上得以成功運用。

像這樣創新的例子，在FAST的建造過程中不勝枚舉。FAST由主動反射面、饋源支撐、測量與控制、接收機與終端、台址與觀測基地等六大系統組成，每一個系統裡又有很多個子系統，每一個子系統裡又有很多個裝置。科學工作者自主設計、自主研發了FAST的絕大部分技術。

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

對南仁東的這份執著，FAST工程饋源支撐系統副總工李輝曾感到不解。現在回想起南仁東在塔頂推動大滑輪的情景，他明白了——南仁東是在用特殊的方式擁抱FAST啊！

巨大的“天眼”裡，熔鑄了南仁東的心血，更熔鑄了他的感情。2008年底，FAST奠基時，奠基石上就刻著南仁東親自擬的對聯：“北築鳥巢迎聖火，南修窩氹落星辰。”

發現53顆脈衝星

即將搜尋外星生命

“中國天眼”FAST——是世界上口徑最大、最靈敏的射電望遠鏡。

500米口徑，其接收電波的面積相當於30個足球場那麽大，足足可以“裝”下8個“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。科學家打過比方，以它的靈敏度，即便有人在月亮上打手機，也能被“看見”。

FAST建成後，其綜合性能比此前榮膺“世界最大”的阿雷西博望遠鏡提高了10倍，將在未來20年保持世界一流設備的地位。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展到宇宙更遼遠處。

截至目前，FAST共發現了53顆脈衝星，60顆優質候選體。除了搜索脈衝星，FAST還有著更重要的科學目標，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，擁有世界領先的絕對靈敏度，讓FAST擁有無限的可能。黨的十九大報告中，“天眼”與天宮、蛟龍、大飛機等一起，被列為創新型國家建設的豐碩成果。

1609年，意大利科學家伽利略用自製的天文望遠鏡發現了月球表面高低不平的環形山，他成為利用望遠鏡觀測天體第一人。

400多年後，代表中國科技高度的500米口徑球面射電望遠鏡——“中國天眼”，將首批觀測目標鎖定在直徑10萬光年的銀河系邊緣，探究恆星起源的秘密。

天文學領域的技術看上去顯得“高大上”，但實際上離我們的生活卻很近：射電天文學家在研究中的副產品WLAN技術，成了今天每個人生活都離不開的WIFI技術的前身；天文學類地行星的研究，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”建設不由經濟利益驅動，而是源自人類的創造衝動和探索欲望。

“如果將地球生命36億年的歷史壓縮為一年，那麽在這一年中的最後一分鐘誕生了地球文明，而在最後一秒鐘人類才擺脫地球的束縛進入太空無垠的廣袤。”

如今，在喀斯特地貌的深山幽谷中，在與家人分居兩地、連手機信號都沒有的與世隔絕裡，工作在這裡的年輕人仍然像“南老師”一樣，惜時如金地忙碌著——試驗、調試，再試驗、再調試……為的是要讓FAST成為一台“好用的望遠鏡”。

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：

大窩氹時刻讓我們發現給我們驚奇

感觀安寧 萬籟無聲

美麗的宇宙太空以它的神秘和絢麗

召喚我們踏過平庸

進入宇宙的廣袤與無垠

參考資料：

《踏過平庸，一生為中國“天眼”燃盡——追記“時代楷模”南仁東》科技日報

《他已化作夜空中明亮的星丨追憶中國“天眼”之父南仁東》科技日報

《500米口徑望遠鏡睜開“天眼”，他卻永遠閉上了雙眼》科技日報

《那些大山深處的寂寞堅守將被歷史銘記丨科學精神論場》科技日報

《南仁東離開後的FAST世界丨科學精神面面觀》科技日報

《他把目光投向外太空——追記中國“天眼”首席科學家、總工程師南仁東》人民日報

《與脈衝星有關的中國故事》中國青年報

來源：科技日報 文中圖片除注明外來自網絡

文字整理：嶽靚

稿件統籌：嶽靚

編輯：朱麗

審核：王小龍