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FAST 突破了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，它能接收到137 亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。（图片来源于网络）
人们把FAST形象比喻为“天眼”，这座世界最大单口径射电望远镜的目标是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星以及地外文明。简而言之，这只“观天巨眼”在未来可以使我们对宇宙产生全新的理解，把宇宙看得更通透。
如一个巨型天坑的大窝凼，是隐藏在贵州群山深处的一片天然洼地，这里只居住着12户人家。架在贵州群山中的观天“巨眼”FAST就坐落于此，FAST全称为500米口径球面射电望远镜，是我国“十一五”重大科技基础设施建设项目之一，由中国科学院主管，中科院国家天文台负责建设，用以实现大天区面积、高精度的天文观测。
它的特殊之处在于，完全由我国科学家创新设计和研发制造，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用，利用了贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面；采用了轻型索拖动机构和并联机器人，实现了望远镜接收机的高精度定位。这样全新的设计思路，相比于400年前人类第一架4.2厘米口径的天文望远镜，FAST的口径是它的12000倍。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高约10倍；与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜相比，其综合性能提高约2.25倍。
从理论上说，FAST突破了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，它能接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近于宇宙的边缘。未来10年到20年它将保持世界一流设备的地位，肩负实现五大科学目标：巡视中性氢，探索暗物质，探索暗能量，发现脉冲星，寻找地外文明。
为FAST找到“家”
台址的选择是中国科学家面临的首要问题。贵州省平塘县克度镇金科村大窝凼洼地，是专家们先根据卫星遥感影像，对400多个备选洼地从形态特征、水文、地质、气象及电波环境等诸多方面进行初评，然后又通过计算机模拟工程填挖量，从中选出30多个实地考察，最后才选中了不大不小，深度合适，形状很圆，适于施工建设的“大窝凼”。这个天然洼地附近5公里半径之内没有一个乡镇，25公里半径之内只有一个县城，无线电环境“相当理想”，加上贵州南部喀斯特峰丛洼地的特殊地貌，天坑底部多有暗河和落水洞，FAST望远镜的底部在暗河基础上加修了一公里的引水渠，由此可以保障雨水向下渗透，不会腐蚀到望远镜。
不过即使坐拥这样的天然优势，项目工程的建设施工也因特殊的喀斯特地貌存在诸多需要攻克的难点。例如在70度以上的峭壁上铺设线路，必须用人力开挖，电缆和巨型设备也只能靠人力搬运，在天坑中建筑空间腾挪不开，为此施工人员需要用人工把几十座钢梁和几十段框架，一点点搬运到恰当的位置。
对于选址在贵州喀斯特地貌地区的用意，中科院国家天文台射电部首席科学家李菂解释称，贵州有不少喀斯特地貌天然形成的天坑，这样的天然地形很有利于望远镜的建设。除了地形优势以外，目前射电望远镜在国际上面临的挑战，主要是射频信号的干扰，干扰源主要来自手机、雷达、卫星的信号，特别是全球卫星定位系统的信号，这些都远远强于来自宇宙的信号，而贵州多山的地形可以一定程度上屏蔽这些人为信号的干扰。此外贵州相比中国其他地区，人口相对少一些，这些干扰也可以减弱一些。
能探寻更多宇宙秘密
中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东这样描述存在于宇宙深处的各种讯息：“宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的耳朵，根本就分辨不出来。”而“天眼”恰恰具备这样的非凡本领，哪怕是远在百亿光年外的射电信号，它也有可能捕捉到。
FAST的建成，天文学将注定有许多突破。首先，FAST能够发现更多的脉冲星。发现于1967年的脉冲星是大质量恒星演化的最终产物，是中子星的一种。中子星具有和太阳相当的质量，但半径只有 10-20千米，是会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为20千米左右，自转极快(自转周期是几秒甚至几个毫秒)，是宇宙中旋转冠军。目前我们观测到的约2000颗脉冲星均在银河系内，FAST将对准银河系外去发现更多奇特的脉冲星，期望找到前所未见的脉冲星现象，发现突破性的理论。
专家介绍，脉冲星就像天体物理实验室，可以研究一些特殊天体物理和宇宙演化现象。如果发现脉冲星与黑洞组成的双星系统，科学家可以利用脉冲星去研究黑洞周围时空。此外，脉冲星也是非常精准的时钟，对于深空探测具有重要意义。
FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动。所谓中性氢，就是宇宙中未聚拢成恒星发光发热的氢原子，是一个质子加一个电子。本来从远处是看不到氢原子的，但质子和电子就像旋转的星球一样有磁极。如果电子磁极罕见地倒转了，一种波长为21厘米的微弱电磁波就跑了出来。监测21厘米波，不仅能判断出哪里存在大量的中性氢，还能通过波长微小变化，判断出这些氢原子在远离还是靠近我们。
由此，FAST观测中性氢信号，就能获知星系之间互动的细节，还可能发现早期宇宙中刚刚形成的氢是怎么运动的，从而为宇宙发育史提供线索。类似的道理，FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波，让我们更精确地描绘出宇宙图景。
如果幸运，FAST还将尝试接收外星文明的电波，探寻地外文明。FAST能从宇宙的今天看到很远的地方去，有助揭开宇宙起源之谜，甚至是“地外文明”，宇宙中的生命体或高智商“外星人”若存在，他们的产生、遗留之信息，若存在于浩瀚天宇中，有可能会被FAST探测并接收到。
《小康》2017年08月中
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