“中國(guó)天眼”(FAST)首席科學(xué)家、總工程師南仁東從上世紀(jì)90年代開(kāi)始推動(dòng)該項(xiàng)目,身邊人評(píng)價(jià)他“20多年來(lái)只做這一件事”。斯人已逝,沉痛哀悼,我們以此文,緬懷將全部心血傾注于FAST的南先生……
1
起點(diǎn),1993年,日本東京,國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)。
“希望在全球電波環(huán)境惡化到不可收拾之前,可以建造新一代的射電‘大望遠(yuǎn)鏡’。”
在會(huì)上聽(tīng)到這個(gè)想法,時(shí)任中國(guó)科學(xué)院北京天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)的南仁東只冒出一個(gè)念頭:
“別人都有自己的大設(shè)備,我們沒(méi)有,咱們也建一個(gè)吧!”
“大設(shè)備”,是指大口徑射電望遠(yuǎn)鏡(簡(jiǎn)稱“大射電”),也就是后來(lái)逐漸成型的FAST項(xiàng)目。
2
大射電,當(dāng)代中國(guó)天文學(xué)家夢(mèng)寐以求的尖端設(shè)備,在對(duì)更遙遠(yuǎn)的宇宙空間、天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行更精準(zhǔn)探索時(shí)不可或缺。
然而,1993年的中國(guó),僅在北京、上海等地建有40米、25米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。中國(guó)天文學(xué)家如果想使用大射電,只能去美國(guó)、歐洲,唯有那里才有當(dāng)時(shí)全世界最先進(jìn)的大口徑射電望遠(yuǎn)鏡。
“天文學(xué)是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的前沿科學(xué),也是推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步和創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)!習(xí)近平在致我國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡落成啟用的賀信中說(shuō)。
作為中國(guó)古代科技成就最輝煌的學(xué)科之一,天文學(xué)足以讓每個(gè)中國(guó)人驕傲。只是,這輝煌的時(shí)間屬性是“曾經(jīng)”,它滯留在“中國(guó)古代”。
“現(xiàn)代天文學(xué)領(lǐng)域,中國(guó)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界”。在設(shè)備不足、不夠先進(jìn)的條件下,這幾乎已成定論。
為了改變現(xiàn)狀,為了扭轉(zhuǎn)頹勢(shì),為了彎道超車,F(xiàn)AST拔地而起,橫空出世。
3
建設(shè)FAST絕非易事,堪稱一場(chǎng)現(xiàn)代科研長(zhǎng)征,而且從1994年持續(xù)到2016年,一走就是22載。
首先,便是選址難題。
1994年4月,幾個(gè)人影走進(jìn)貴州的崇山峻嶺。
林深樹(shù)茂,人跡罕至,這里是世界上最大的喀斯特區(qū)之一。
所謂喀斯特地貌,就是石灰?guī)r地區(qū)所出現(xiàn)的地表山峰奇特、洼地和落水洞眾多、地下多洞穴和地下河有大量巖溶泉出露的自然景觀。桂林山水甲天下,便是這一地貌的典型代表。
對(duì)于不遠(yuǎn)萬(wàn)里從北京來(lái)到貴州的這幾個(gè)人來(lái)說(shuō),貴州喀斯特地貌最可貴的不是秀麗風(fēng)景,而是這里不僅與世隔絕,電磁干擾近乎零,而且地形條件穩(wěn)定,巖石透水性極高。
這幾個(gè)人中的“帶頭大哥”,就是在給大射電找合適建設(shè)場(chǎng)所的南仁東。
中外科學(xué)家考察大窩凼時(shí)與當(dāng)?shù)刈∶裨谶x址現(xiàn)場(chǎng)合影。資料圖
在發(fā)現(xiàn)貴州喀斯特地貌所特有的窩凼前,南仁東為了選址,抽了不知多少煙。那時(shí),他最常做的,就是抽著煙在辦公室周圍找人聊,覺(jué)得說(shuō)得好就記一下。直到有一次,有人向他提到云貴的喀斯特洼地。
南仁東迅速請(qǐng)遙感所出了三百多幅洼地的衛(wèi)星遙感圖,黃黃綠綠的圖上顯示當(dāng)?shù)氐母C凼。
于是便有了前面那一幕,幾個(gè)人影不辭勞苦徒步入深林的情景。
自此直到2005年的12年間,南仁東等大射電項(xiàng)目發(fā)起人對(duì)1000多個(gè)洼地進(jìn)行比選,又實(shí)地走遍上百個(gè)窩凼,終于選定大窩凼洼地作為臺(tái)址。
據(jù)估算,以當(dāng)時(shí)的道路條件,南仁東們每天最多走1到2個(gè)窩凼,晚上回到縣城,白天再跋涉過(guò)來(lái)。
4
選址確定只是第一步。
工程成本、難度過(guò)高的第二道難題,隨之而來(lái)。
大口徑意味著容納接收器的巨型饋源艙、數(shù)量龐大的反射面板、用于支撐設(shè)備的復(fù)雜框架……如何破解?
2011年3月5日,F(xiàn)AST正式開(kāi)工建設(shè)。
于是,一項(xiàng)神乎其技的工程開(kāi)始在貴州黔南州的深山中高速展開(kāi)。
大窩凼舊貌
圈梁安裝過(guò)程
FAST索網(wǎng)安裝工程
大窩凼全景
反射面系統(tǒng)由支撐塔、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和反射面面板等組成,索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動(dòng)變化,帶動(dòng)索網(wǎng)上的4450個(gè)反射單元,在射電電源方向形成300米口徑瞬時(shí)拋物面,極大提升觀測(cè)效率;
4450個(gè)反射單元面板上均有孔洞,既減少風(fēng)負(fù)載,又能提高透光率,對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)公害,還大大降低了反射單元的自重;
輕型索支撐饋源艙的方案,則將饋源艙減重到30噸,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的900噸,再加上并聯(lián)機(jī)器人的使用,實(shí)現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)的高精度指向跟蹤……
一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的提出、實(shí)現(xiàn)和完成,是FAST對(duì)大口徑射電望遠(yuǎn)鏡工程更上一層樓的突破。
而這也意味著,中國(guó)射電天文學(xué)界首次擁有世界排名第一的設(shè)備!
自此,中國(guó)將可以用自己的望遠(yuǎn)鏡收聽(tīng)來(lái)自太空深處的無(wú)線電波,接收137億光年以外的電磁信號(hào);可以窺探星際之間互動(dòng)的信息;可以觀測(cè)暗物質(zhì);可以測(cè)定黑洞質(zhì)量;可以搜尋可能存在的星外文明……
突破同類設(shè)備的創(chuàng)新技術(shù),除少部分是與國(guó)際合作外,F(xiàn)AST中國(guó)設(shè)計(jì)、中國(guó)制造的純度達(dá)到99%;與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,F(xiàn)AST靈敏度提高約10倍;與美國(guó)阿雷西博305米望遠(yuǎn)鏡相比,F(xiàn)AST綜合性能提高約10倍……數(shù)據(jù)只說(shuō)明一件事:FAST預(yù)計(jì)對(duì)國(guó)際同類設(shè)備至少保持二十年以上的領(lǐng)先地位!
如今,72歲的南仁東與世長(zhǎng)辭,他仿佛把精力都留給了“中國(guó)天眼”——世界最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡FAST。
南仁東離開(kāi)了,但他用全部心血鑄就的FAST,將亙古以來(lái)深埋于中國(guó)人基因的宇宙夢(mèng)再次喚醒!
從無(wú)中生有,敢為天下先。
在探索宇宙極限的道路上,更多的天文人將銘記南老師那雙深邃自信的眼睛:
我們的征途是星辰大海!