当我在电视中看到中国人自主设计建造的“中国天眼”——人类历史上最大的射电望眼镜正式开放运行时,内心有一种为国家有了这样的大国重器而感到自豪,更有一种能到现场一睹其风采的强烈期待。
四年后的一天,趁我们等待航班的半天闲暇,在贵阳工作的九江老乡詹先生安排陪同下,自驾车前去中国天眼参观,以实现心中的愿望。同行的还有医学教育分会的郭大侠、乔老爷和他们的两位研究生。
两辆车蜿蜒行驶在半山腰的高速公路上,两边满眼都是典型的贵州喀斯特地貌山峦,虽现已时至寒冷的冬日,但在温暖阳光的照射下,仍有不少小树灌木秀着碧绿,展示着南方冬季独有的山清水秀的魅力,翠绿间时不时还透露出喀斯特地貌的岩脊石壁。
“去中国天眼的高速路上,让人感觉静谧而神奇啊!两边的风景也令人陶醉!”郭大侠发出心中的感慨。
因疫情的原因,久未出行的我们被这喀斯特地貌和青翠树木所感染。多次来过贵阳的郭大侠轻松地哼起小曲,畅谈他走过的山山水水,唯独贵州的山水让他有一种常来常新的感觉。他曾经去过中国天眼,那只是在游客可以到达的观景台上远远地看上一眼,留下了不少遗憾。如今就要身临其境,能现场感受这一大国重器的首席科学家兼总工程师南仁东在建造现场曾说过的一句话“这是一个美丽的风景,科学风景”的深邃含义。
一路上,詹先生向我们介绍说,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中,人类历史上最大的单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,FAST),经过五年多的艰苦建设,于2016年9月竣工,进入了调试、预观测阶段。南仁东带领建设团队,将中国人探索天体奥秘的22年漫长而又坎坷的梦想变成了现实,使人迹罕至的大窝凼变成了现代机械美感与自然环境完美契合的工程奇迹。FAST作为世界第一大的单口径望远镜,在天文射电科技和土建工程领域突破了设计与创新极限的羁绊,成为世界射电天文学史上一个伟大的创举。中国天眼全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,开创了建造巨型射电望远镜的新模式,将在未来30年保持世界一流地位。
我想,人之所以从万物中脱颖而出,从低等生物演化成高等生命,从爬行到直立,从愚昧到文明,就是因为她有着自我进化、不断探索未知的内在动力。在宇宙的尺度下,人类弱小而微不足道,但却始终想揭开宇宙深空的奥秘。人类对宇宙的探索过程是由模糊到清晰、简单到复杂、迷信到科学、肤浅到精深的过程。在远古时期,人类只能仰望夜空,用肉眼来观测。中国古代天文学就取得了人类史上辉煌的成就,表现在天象观察、仪器制作和编制历法等方面。其最古老的天象观测仪器是土奎(也叫奎表,度量日影长短的),东汉的张衡制作了世界上第一个用水利作为动力的天文观测仪——浑象。直到1609年伽利略开始用望远镜来观测较近的行星,从此开创了太空观测的新纪元。
但真正能够清晰地观测遥远的宇宙空间奥秘,还是在进入了射电望远镜时代,这是因为射电望远镜可以观测和研究来自天体的射电波,包括测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。因此,射电望远镜是观测和揭示宇宙苍穹的基本设施,包括了收集射电波的定向天线、放大射电信号的高灵敏度接收机以及信息记录﹑处理与显示系统等。
据手机百度查询得知,在1931年,美国贝尔实验室的科学家卡尔·央斯基发明了利用射电波探测天体的旋转天线阵。此后,因人类对观测太空星体的愿望越发强烈,使得射电望眼镜技术也越来越成熟。20世纪六七十年代,一批较高灵敏度和分辨率的综合孔径射电望眼镜用于天文学研究。八十年代以来,美国的VLBA阵﹑欧洲的VLBI网和日本的空间VLBI相继研发成功,这是新一代射电望远镜的杰出代表,它们的灵敏度、分辨率和观测波段都远远超过了以往的望远镜。2012年10月,亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海天文台正式投入运营。这台射电望远镜的综合性能排名亚洲第一、世界第四,能够观测100亿光年以外的天体,并参与我国探月工程及各项深空探测。现如今的中国天眼,与号称“地面最大的机器”德国波恩100米射电望远镜相比,灵敏度提高了10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo300米射电望远镜相比,其综合性能提高约10倍。
有了中国天眼和射电望眼镜相关知识的初步了解,心中有些迫不及待,想早点一睹中国天眼的风采。当我们一行人通过关卡登记检查时,我发现手机的信号很微弱甚至消失,一股神秘感又袭上了心头。在拍下中国天眼FAST标志照片后,我们继续驱车向天眼核心区域挺进。美丽的喀斯特地貌山峦和大小不同的山底洼坑,静静地在眼前不断闪过。
到了核心区大门,仍然要登记身份证才能进入,对接的工作人员小宋接待了我们。首先,沿路就已见到的中国天眼logo标志以及中国科学院国家天文台标志和500米口径球面射电望远镜中英文字样映入眼帘,大家兴奋地在此前拍照与合影留念。进门后,见修剪整齐的草坪上立了一块岩石,上面用隶书刻着“中国天眼”四个漆红大字。小宋把我们领到办公楼前,一个镶嵌玻璃的钢木框架结构的大门简洁大气,门头上还是中国天眼的logo标志和中英文全称;门两边各挂了一个铜牌,分别是“全国爱国主义教育示范基地”和“中国科学院FAST重点实验室”。门的左边草地上有南仁东的立身铜像,铜像下的台基上是中国美术馆馆长吴为山题写的“南仁东像”四字。
然后,小宋把我们领进办公楼的会议室,大家坐定后,他自豪地向我们简要介绍了国之利器天眼和南仁东事迹,并让我们观看了一部影视片。作为项目首席科学家、总工程师,南仁东负责编订FAST科学目标,全面指导FAST工程建设,并主持攻克了索疲劳、动光缆等一系列技术难题。看完后,我们对南仁东更加肃然起敬,他那带着沙哑嗓音的解说,至到现在还深深地刻在我的脑海里:“我们的FAST台址大窝凼洼坑,是我们从300多个候选洼地里边挑选出来的,对地形地貌、工程地质、水文地质都做了多学科的探讨,我们选择了一个地球上独一无二的最适合FAST建设的台址。”
“春雨催醒了期待的嫩绿,
夏露折射万物的欢歌,
秋风编织七色锦缎,
冬日下生命乐章延续着它的优雅,
大窝凼时刻让我们发现,给我们惊奇!”
显然,FAST设计绝无仅有,它通过控制一万多个钢索组成的复杂索网结构,灵活控制4450块独立反射板所组成的巨大反射面,对准天体目标,再由六根钢索拖动重达30吨的馈源舱,抵达焦点位置跟踪天体发射的电波。FAST将帮助科学家探索天文学中最重要的一些课题,从百亿光年外最微弱的信号去探寻天体奥秘——人类起源、天体起源和生命起源。
看完听完介绍,我们存放好手机、相机等一切电子设备,跟随小宋去中国天眼现场进行实地考察。沿着专门修建的公路走去,呼吸着大窝凼里的清新空气,心情格外舒畅和激动,同时心底升腾起更多的敬意。自2011年开工建设后,FAST团队全体人员就肩负望远镜现场建设重任,开始了异地值守、舍家拼搏的奉献之旅。从工程建设到安装调试,FAST团队每个人轮流驻守望远镜现场,每个月都要保证26天以上驻场时间,长期与家人分居两地。
转过一个弯,我们很快临近了巨大的天眼现场,六根钢架矗立在四周的山岗上,通过钢索拽着中间一个大缆车样的机械。一问小宋才知道,这就是30吨重的馈源舱(馈源接收机),专门跟踪接受地球外天体的电波信号。我们有幸能下到中国天眼上的人行栈道,近距离观察这个神器的真实面貌。
这个庞然大物基本上是钢架结构,中间巨大的凹形反射球面是由许多不锈钢网板构成的索网结构,其反射总面积约25万平方米,用于汇聚无线电波供馈源接收机接收。据说,索网结构是FAST主动反射面的主要支撑结构,也是反射面主动变位工作的关键点。索网制造与安装工程还是500米口径球面射电望远镜工程的主要技术难点之一。
大家决定围绕天眼走上一圈,小宋边走边介绍有关情况。原来,这大窝凼是个与世隔绝的僻静之地,里面还住着十几户人家,听说还有江西过来的移民,为了国家建设天眼已搬出去了。这里可是风水宝地,四面环山,凼底是一方肥沃的土地,也不会出现山洪水涝(据当地人说山里有溶洞,雨水大时可以通过地下溶洞流走)。难怪南仁东在考察黔贵大地众多洼地后,会选择这里作为中国天眼的建设之处,是经过严密的科学考察和研究判断的。
所以,从科学角度讲,选址大窝凼洼地至少有以下几个考虑:一是地貌最接近FAST的造型,工程开挖量最小;二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜;三是射电望远镜需要一处“静土”,大窝凼附近五千米半径之内没有一个乡镇,无线电环境理想。此外,大窝凼的东南侧山头最高,标高1201米,洼地的最低点标高841米,最大相对高差达360米;此处地表岩溶洼地发育,起伏大、坡度陡,地貌类型简单,局部山体陡峭,形成陡崖悬壁,是天眼“大锅”神器的绝佳安身之地。
从小宋的介绍得知,中国天眼2020年1月通过国家验收正式开放运行,成为全球目前最庞大、最灵敏的射电望远镜,也意味着人类向宇宙未知地带探索的眼力更加深邃、眼界更加开阔。它已经显示出了应用的科学价值和社会效益,能把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高100倍;能进行高分辨率微波巡视,以1HZ的分辨率识别微弱的空间讯号,作为被动战略雷达为国家安全服务。截至2019年8月28日,中国天眼FAST已发现了132颗优质的脉冲星候选体,其中有93颗已被确认为新发现的脉冲星。《科学》杂志曾四次报道FAST进展,《自然》则把FAST落成启用列为2016年全球重大影响的科学事件。目前,中国天眼正式接受自由观测申请项目和用户培训,并作为科技旅游景观对外开放。
身在其中游走,我发现整个球面望远镜及其支架钢梁,都被漆成了白色,在大窝凼里十分耀眼。当我们围着天眼行走时,可以清晰地看到球面上有工作人员在工作,在巨大的凹面里,人显得十分渺小,不是穿戴有颜色的工作服和工作帽,还真看不出来是人。抬头仰望馈源舱,被钢索吊在高高的上空慢慢地移动,似乎时刻都在捕捉稍纵即逝的微弱信号。球面反射板下,有两千多根下拉索装置与地锚连接,十分精巧和壮观。大约半小时,我们走完一圈,回到了原点,有一种完成了人生的一个壮举之美感。
“这一趟还真值得,这也是我们人生的一大收获!”乔老爷连声称道。
郭大侠也发出赞叹:“围天眼绕行一圈非常难得。”
当我们返回FAST办公楼时,耳边仿佛又响起南仁东沙哑而磁性的声音:“感官安宁,万籁无声。美丽的宇宙太空,以它的神秘和绚丽,召唤我们踏过平庸,进入到无垠的广袤。”
【编辑:张若莹】