宇宙识博网 中国“天眼”领先世界20年 可探索地外文明宇宙起源

领先世界20年，探索地外文明和宇宙起源的准确率比美国高10倍

记者爬上1500级台阶拍摄《FAST》。

“FAST”首席工匠王其明。

7月3日，直径500米的球面射电望远镜“FAST”在贵州竖立。它是世界上最大的单口径射电望远镜，也是中国迄今为止最大的天文工程。

如今，这个位于黔南的“大锅”已经成为世界热点，甚至成为改变中国天文文学史的一个符号。

“FAST”是如何构建的？有多牛？会给中国的天文科学研究带来什么深远的影响？昨天，广州日报记者采访了中国科学院国家天文台“FAST”项目首席技术专家王其明。王其明说，这台巨型射电望远镜创造了许多奇迹，体现了中国的自主创新能力，未来还将推动天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大跨度结构、公里内高精度动态测量等高新技术的发展。

文/广州日报记者肖欢欢

图/广州日报记者张丹

“太累了，10点半才回到住处。”55岁的王其明看起来很累，声音嘶哑。“FAST”完成后，他一直在协调试运行后的工作，每天开几次会。

按照计划，这台“大锅”将调试两个月，9月底才能投入使用。王其明从2000年开始参与这个项目，至今已有16年。他把自己最好的青春献给了“FAST”。

“这个项目开始的时候，我还是个年轻人，现在太阳穴上有白头发。”出生于理工科的王其明是一个聪明开朗的人，但当他谈到FAST时，王其明仍然充满了情感。他把这个项目比作一个慢慢成长的孩子。

为“FAST”选择“home”

为什么要造这么大的锅？王其明解释说，这就像用“锅盖天线”看卫星电视一样。锅盖直径越大，电视画面越清晰。对于射电望远镜来说，孔径越大，你看得越远。全世界的射电天文学家都在寻求建造孔径更大的望远镜来提高它们的灵敏度。此前，世界上最大的射电望远镜是阿雷西博射电望远镜，直径300米。

近40年来，在10项与天文学相关的诺贝尔奖获奖成果中，有6项是通过射电天文学获得的。射电天文学已经成为伟大天文发现的摇篮。

王其明说，1994年4月，中国科学院国家天文台开始了选址工作。大口径射电望远镜的位置应该最接近天线罐的形状，施工方便，工作量小，不需要开山爆石，同时附近5到10公里范围内也不会发射电磁波信号。

为了定下这个“大锅饭”，队员们几乎“挖”到了贵州的喀斯特地貌区，同时两队独立搜索，初步鉴定出300多个候选坑洼。然后通过工程填挖的计算机模拟，选择了30多个实地调查，最终选择了不太大、深度合适、形状圆润、适合施工的“大窝塘”。“大佛堂”的岩溶地质条件可以保证雨水排到地下，不至于沉积在地表，损坏望远镜。

王其明回忆说:“那时，我在户外工作，在风中睡觉。当我口渴时，我喝了一口水。当我饿的时候，我带了几口干粮。冬天，我的馒头硬得像石头，牙齿都崩了。有时候，你一个星期都不能下山。”

22年打造世界最牛“天眼”

刚开始因为资金严重不足，建议口径可以缩小一点，400米就可以了。但最终科研团队顶住压力，坚持不减口径。2007年7月10日，FAST项目正式成立。王其明记得那天，他激动得流下了眼泪。

从此，王其明在京、黔两地过着“两点一线”的生活。挖地控坡用了9个月；安装环形梁花了17个月。

2014年7月17日，团队开始为FAST制造安装电缆网，这是FAST工程的一大技术难点；这是世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用位移工作方式的索网体系。6670根主缆、2225根下行缆，彻底拼出了“天眼”电缆网，很快电缆驱动工程相继完工。当电缆网完成后，将开始安装反射面。反射面是FAST望远镜的重要组成部分，有4450个反射面板单元。2016年7月3日，当最后一块反光板安装完毕，悬挂了16年的王其明之心终于释怀。

“100多人已经战斗了20多年，有些人已经不在了。我们队里有老的40后，也有年轻的90后，”说到这些，王其明哽咽了。事实上，项目的每一步都有风险。比如用来拉“大锅”的索网是用含碳元素85%的高碳钢制成，具有高弹性、抗拉、抗疲劳的特点。材料的某些元素是国家标准的2.5倍。

“中国没有人能生产这种材料。”为了攻克这一钢缆技术，王其明和他的团队花了两年时间，找到了国内最顶尖的钢缆厂和几所大学，才解决了钢缆问题。

为火星探索奠定基础

根据王其明的说法，FAST的两个科学目标是检查宇宙中的中性氢和观察脉冲星。前者可以研究宇宙的大尺度物理，探索宇宙的起源和演化，后者可以研究极端条件下的物质结构和物理规律。

随着灵敏度的提高，FAST可以看到更远更弱的天体。通过探测星际分子，寻找可能的星际通信信号，发现地外文明的概率将增加5到10倍。去年引起轰动的引力波被科学家利用阿雷西博射电望远镜发现，并获得诺贝尔物理学奖。中国500米口径射电望远镜将为自然科学研究，特别是物理学和天文学研究提供一个全新的平台。此外，FAST还将为中国火星探测的测深空研究奠定重要基础。

据悉，美国阿雷西博望远镜50多年来一直无人能及，但现在FAST相比其综合性能提升了约10倍。

FAST有多敏感？王其明打了个比方:“假设你在月球上呼叫，FAST可以检测到你的信号。”

王其明告诉《广州日报》，FAST使用的材料和工艺基本都是中国制造，充分体现了中国的自主创新能力。“做了这样一件有意义的大事后，我觉得这辈子没有白做。从现在来看，世界上还是挺好的。接下来，我们需要我们的科学家将其投入使用。”

王其明说，外国科学家参观后也感到震惊。“他们都期待着我们世界上最先进的天文设备成为人类观测外太空的武器空，有新的科研成果。”

中国科学院国家天文台副台长郑小年也表示，FAST作为世界上最大的单孔径望远镜，在未来20到30年内将保持世界一流设备的地位。

对话

FAST望远镜领先世界20年

广州日报:7月3日，射电望远镜主体安装完毕。为什么调试了两个多月还没有马上投入使用？

王其明:正如你在建筑工地看到的，这是一个巨大的工程，有七个变电站和箱式变压器。现在只完成了硬件，因为设备是很多公司开发的，包括测量、控制、机电。安装完成后，先进行空测试，然后联合调试。

此外，对该工艺系统的验收要求非常严格。就像房屋装修一样，我们应该在装修公司离开之前尽快检查和解决问题。

“天眼”不是“死眼”

广州日报:这座“观天巨眼”的建设前后，一共用了13年。他的施工难度有多大？

王其明:望远镜的总反射面积为25万平方米，相当于30个足球场。它是世界上跨度最大、精度最高的索网结构。仅支撑饲料舱的圈梁、索网、六塔就消耗钢材一万多吨。虽然反射面板只有1毫米厚，但使用了2000多吨铝合金。

此外，望远镜的野外建设还有很多困难。首先是场地环境的约束。场地为岩溶洼地，最大落差150米，无法使用大型吊车。

第三，我们建造的“天眼”不是“死眼”，它可以移动。根据观察方向，它会拉动电缆网使天线罐变形。就像人类转动眼睛一样，那么远的地方也空在方向上不会有死角。美国阿雷西博望远镜，固定在地面。因此，我们的建设会困难得多。

广州日报:这个“眼球”怎么转？

王其明:6线并联驱动控制系统是饲料舱的主控系统，是FAST项目的核心组成部分。它可以控制馈源舱调整姿态和位置，从而准确到达反射面的焦点位置，使馈源舱获得最佳信号。就像人的睫状体一样，它可以调节眼球的焦距，让眼球看清楚远近物体。

此外，与索网相连的2000多台小电机控制着整个变形过程，6根400米长的钢索以200米的移动范围托起30吨重的饲料舱。在移动过程中，各部分的位移应以毫米为单位进行控制。射电望远镜建成后，将成为我国天文研究和自然科学研究的利器，不仅在现在，而且在未来20年都将保持世界领先地位。

不怕坏天气，只怕电磁干扰

广州日报:这个“大锅饭”难道没有盖子防止雷击等恶劣天气吗？

王其明:作为一台射电望远镜，FAST的基本原理与普通的pan卫星天线几乎相同，只是这个pan接收的宇宙信号非常微弱。它主要由反射信号的抛物面和接收信号的馈源舱组成。通过“锅”的反射和聚焦，将几平方米到几千平方米的信号汇聚到一点。如果你有锅盖，它的功能不是失去了吗？

对于雷电等恶劣天气，我们有避雷系统，对于冰雹，我们有防雹枪把冰雹打成小块。还有就是下雪的问题，对贵州影响不大，一年只有几天，气温在零摄氏度以下。总的来说，我们考虑得很周全。

广州日报:射电望远镜对电磁干扰要求很高。从现在开始几公里内会不会没有电磁信号？

王其明:你说得对。这里对电磁波信号干扰有严格的要求。贵州省刚刚为我们的设备制定了专门的法律。要求关闭距离FAST项目5公里范围内的所有基站。现场不能用手机和数码相机，汽车也不能电子点火，包括已经过来的招行，柴油车也必须烧。

广州日报:这台射电望远镜的设计寿命有多长？

王其明:设计寿命30年，国外大部分望远镜都退役了。阿雷西博望远镜早已停止使用。到期后，经过一些升级可以继续使用。整个FAST项目成本约11亿元。

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FAST的野外探索

“疯狂”的天坑

FAST项目位于贵州省黔南州平塘县科都镇绿水村大佛堂。随着FAST选址的确定，这个30多万人口的小县城变得异常热闹。

到目前为止，越来越多的游客涌入这个小县城，旨在看到能听到低语声的“超级大锅”。

在平塘，当地人更称FAST为“天坑”或“大收音机”。第一个描述它的形状，而后一个更“文化”。不管是什么样的名字，每当外国人提起FAST，当地人总会指向距离县城100多公里的大山深处。

“天坑”影响

当距离“天坑”十几公里时，两栋黄色的建筑从地面升起，与周围的低层房屋相比，显得突兀异常。

“一个是文化公园，一个是五星级酒店。”司机王师傅说，随着天坑即将完工，其他配套设施也在如火如荼地建设中。天坑带来的旅游效应会非常突出。

在尘土飞扬的路边，行人都能感受到“天坑”的强大影响力:所有的招牌，无论是卖饮料的小店还是餐馆，都以“天坑”的图片为底色，相当显眼。记者了解到，许多旅游项目将在龙航村和塘边镇开发。

有了天坑的巨大影响力，农业人口占90%以上的平塘县，可以看到它将带来的巨大经济效益。届时，昔日的农业大县将转型为“旅游大县”。

这座山现在是“天坑”

从平塘县到天坑所在的科渡镇，100多公里都是省道。虽然路面相当平坦，但由于都是环山公路，偶尔会在路边看到大小不一的山上掉下来的碎石。

从省道到杜克都镇，还有十几公里真正的山路。不仅路面崎岖，而且碎石较多。

即便如此，在昨天的非周末，很多私家车还在寻找去天坑的路。

“这条路能去FAST吗？”许多车主在山路上颠簸了几分钟，忍不住下车询问过往车辆。得到肯定的回答后，车主踩下油门，冲向崎岖的山路。

在崎岖的山路旁边，有很深的山谷，很像“天坑”。在深谷的平地上，我们可以看到许多家庭仍然住在这里。

“天坑周边五公里范围内，所有村庄都搬走了，连通信基站都无法架设。”当地一位村民表示，“天坑”的到来给那些靠天吃饭的人带来了新的“机遇”，他们也希望靠“天坑”过上更好的生活。

到了山上，王师傅开始集中精神，崎岖的山路根本不允许他分心。转了七圈八圈，看到一座巍峨的山峰，王师傅忍不住提醒:“那座山后面就是‘天坑’。”

1500级，40层

由于需要赶工期，进入“观景台”的道路开始封闭。从封闭路口到“观景台”项目区，需要步行近五公里才能进入噪音不断的施工现场。

由于“天坑”尚未整体完工，到达施工现场的游客手持临时脚手架，一步步走上工程中的“观景台”。

“观景台两侧有台阶，共1500级台阶，每级台阶0.15米。”一名在建筑工地工作的工人告诉记者，由于他的工作是加固台阶，他每天需要爬上爬下台阶四次。

据记者粗略估算，工地至“观景台”高度高达112.5米，工地平台至“观景台”高度为40层。

尽管如此，还是有不少游客来到观景台，终于看到了位于山谷中的“天坑”FAST。从观景台往下看，记者发现FAST底部有许多排列整齐的白色小柱子，中间位置与民用天线锅完全相似。不同的是，有六个高耸的天线塔围绕着罐子等距排列。

看到“超级大锅”的真实内容后，游客们开始一个接一个地往下走。

“天坑”给人们带来了极大的旅游热情，人们开始怀疑它是否能听到“低语”的声音。