上圖為2014年8月21日從FAST饋源艙處拍攝的天空（國(guó)家天文臺(tái)FAST項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供）；下圖為2016年6月28日從FAST饋源艙處拍攝的天空。新華社記者 歐東衢/攝
盡管還有兩個(gè)月的時(shí)間FAST才能正式竣工，但這個(gè)位于中國(guó)西南山區(qū)的世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，早已按捺不住，在工程的最后沖刺階段便摩拳擦掌——開(kāi)始接收來(lái)自宇宙的信號(hào)。
7月3日，隨著FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，即500米口徑球冠狀主動(dòng)反射面射電望遠(yuǎn)鏡）的最后一塊“鏡片”吊裝完畢，其主體工程反射面單元系統(tǒng)——那口“大鍋”宣告完工。
作為射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST的基本原理和人們常見(jiàn)的鍋式衛(wèi)星天線相差無(wú)幾，主要由反射信號(hào)的拋物面和接收信號(hào)的饋源兩大部分組成，通過(guò)“鍋”的反射聚焦，把幾平方米到幾千平方米的信號(hào)聚攏到一點(diǎn)上。只不過(guò)，F(xiàn)AST這口“鍋”更大，接收面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)——為接收更微弱的宇宙信號(hào)，也只有把天線鍋造得更大。
如今“大鍋告成”，科學(xué)家未來(lái)將在這口鍋里炒出什么菜？那些人類(lèi)用肉眼難以感受到的宇宙信號(hào)，又將給這個(gè)世界開(kāi)啟一扇怎樣的窗戶？備受關(guān)注的地外文明，能否通過(guò)這口大鍋得以證實(shí)或證偽？
隨著FAST又一工程節(jié)點(diǎn)走進(jìn)公眾視線，這些問(wèn)題再次被提及。中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者近日實(shí)地探訪并采訪相關(guān)專家試著解碼這一“觀天巨眼”。
已經(jīng)接收到宇宙信號(hào)，但尚不能確認(rèn)究竟是什么
按照FAST工程設(shè)計(jì)，洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成500米球冠狀主動(dòng)反射面，反射面通過(guò)索網(wǎng)帶動(dòng)，可以在射電電源方向上形成300米口徑的瞬時(shí)拋物面，使望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)可以同傳統(tǒng)拋物面天線一樣處在焦點(diǎn)上。
如今，反射面單元完工，用FAST工程總工藝師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員王啟明的話說(shuō)，就好比500米口徑的“大鍋”建成了，300米的“碗”可以在“大鍋”里滾來(lái)滾去，以便接收宇宙信號(hào)。
事實(shí)上，F(xiàn)AST在此之前的調(diào)試過(guò)程中，就已經(jīng)接收到一些信號(hào)——這口大鍋的每一次調(diào)試，從某種意義上來(lái)說(shuō)，都是一次信號(hào)“接收”的過(guò)程。FAST工程常務(wù)副經(jīng)理、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)鄭曉年說(shuō)，這也是大科學(xué)工程的特點(diǎn)，即邊研究邊制造，邊調(diào)試邊使用。
目前，科學(xué)家正在對(duì)這些一手的宇宙信號(hào)進(jìn)行分析處理。鄭曉年告訴記者，“現(xiàn)在還不能確認(rèn)。要把背景的雜音過(guò)濾掉，看看它究竟‘聽(tīng)’到了什么?！?/p>
畢竟，處于調(diào)試階段的“傾聽(tīng)”環(huán)境不夠理想——FAST無(wú)法忍受一個(gè)充斥著電波的環(huán)境。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)FAST工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東曾有一個(gè)形象的說(shuō)法，不要說(shuō)用手機(jī)，就算是附近使用電器，或者幾十公里外有飛機(jī)向地面發(fā)送信息，在FAST那里都會(huì)造成一場(chǎng)電磁風(fēng)暴。
為此，科學(xué)家們不得不把它的出生地選在貴州的偏遠(yuǎn)山區(qū)——平塘縣克度鎮(zhèn)金科村，一個(gè)名為大窩凼的“天坑”里。這里不通電線，沒(méi)有大型工業(yè)，最近一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在5公里外。
鄭曉年說(shuō)，一旦FAST正式運(yùn)行后，其方圓5公里將被劃為無(wú)線電寧?kù)o區(qū)。這意味著，可以發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的電子設(shè)備都將被禁止使用。對(duì)這口大鍋來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)極佳的觀測(cè)環(huán)境。
“如果有人在月球上打手機(jī)，我們也是可以聽(tīng)到的?！编崟阅暌源藖?lái)形容FAST的靈敏度。從理論上來(lái)看，F(xiàn)AST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。
根據(jù)科研團(tuán)隊(duì)的設(shè)想，一旦FAST正式運(yùn)行，其首要科學(xué)目標(biāo)即是“觀測(cè)脈沖星”。脈沖星是大質(zhì)量恒星演化的最終產(chǎn)物——人類(lèi)未來(lái)有望把脈沖星“改造”成星際導(dǎo)航，為宇宙飛船指明方向。
不過(guò)，目前已觀測(cè)到的約2000顆脈沖星均在銀河系內(nèi)，鄭曉年說(shuō)，F(xiàn)AST將對(duì)準(zhǔn)的是銀河系外的脈沖星——這對(duì)天文界來(lái)說(shuō)也將是一個(gè)突破。
尋找外星人？并非沒(méi)有這個(gè)可能
號(hào)稱“看得最遠(yuǎn)”“聽(tīng)力最靈敏”的這口大鍋能收到遙遠(yuǎn)太空外星文明的信號(hào)嗎？對(duì)這個(gè)很容易吊起大眾胃口的話題，天文界并非沒(méi)有議論。一種說(shuō)法是——今后一二十年里，如果地球接收到外星人釋放的信號(hào)，那一定有FAST的功勞。
在接受記者采訪時(shí)，鄭曉年也沒(méi)有回避這個(gè)問(wèn)題。他說(shuō)，地外文明在天文學(xué)界本身還存有爭(zhēng)論。畢竟，科學(xué)是講究試驗(yàn)可驗(yàn)證的，但一些關(guān)于地外生命的可疑信號(hào)卻均因沒(méi)能重復(fù)而無(wú)法確認(rèn)。
事實(shí)上，自上世紀(jì)30年代美國(guó)工程師意外發(fā)現(xiàn)了來(lái)自銀河系中心的射電輻射，開(kāi)啟人類(lèi)在傳統(tǒng)光學(xué)觀測(cè)之外這一新的天文窗口——射電天文觀測(cè)之后，又過(guò)去了半個(gè)多世紀(jì)，但人類(lèi)目前造出的射電望遠(yuǎn)鏡收集到的能量還不夠翻動(dòng)一頁(yè)紙。
不過(guò)，不管是科學(xué)界的切實(shí)研究，還是科幻界的異想天開(kāi)，人類(lèi)在探索未知宇宙的道路上，從未停下前行的腳步。
剛剛完成主體工程的FAST就是一只備受期待的“靈敏大耳朵”。FAST工程總經(jīng)理、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)嚴(yán)俊說(shuō)， 與號(hào)稱“地面最大機(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；與排在阿波羅登月之前、被評(píng)為人類(lèi)20世紀(jì)十大工程之首的美國(guó)Arecibo 300米望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高約10倍。
在FAST最后一塊“鏡片”的吊裝現(xiàn)場(chǎng)，作為受邀來(lái)現(xiàn)場(chǎng)觀摩的嘉賓，科幻作家劉慈欣對(duì)眼前的這個(gè)大家伙感到“很震撼”。這讓他想到了自己的作品《三體》里中國(guó)探尋外星文明的絕秘計(jì)劃——“紅岸工程”。
不少年輕的科學(xué)愛(ài)好者會(huì)把FAST與“紅岸工程”相提并論，對(duì)此，劉慈欣表示，兩者并不相同——FAST只用來(lái)接收信號(hào)而不能向外界主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，這說(shuō)明現(xiàn)實(shí)中的人類(lèi)在設(shè)計(jì)上相對(duì)謹(jǐn)慎。他十分期待有一天人類(lèi)可以通過(guò)FAST接收到外星信號(hào)。
7月2日，鄭曉年接受記者采訪時(shí)表示，尋找地外生命的確是FAST的一個(gè)目標(biāo)所在，不過(guò)，它更像是排在菜單末尾的甜點(diǎn)。在天文學(xué)家眼中，F(xiàn)AST試圖回答的是更久遠(yuǎn)的問(wèn)題，比如宇宙演化、脈沖星探測(cè)和星際分子。它將幫助解開(kāi)宇宙初始混沌、暗物質(zhì)分布與大尺度結(jié)構(gòu)以及星系演化等領(lǐng)域的謎團(tuán)。
“許多人類(lèi)探索宇宙的未解之謎，都有望從它身上找到答案。但究竟能看到什么，在科學(xué)研究出來(lái)之前，一切都不好說(shuō)。”鄭曉年說(shuō)。
FAST所在的射電天文學(xué)已是諾獎(jiǎng)的搖籃
與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相比，射電望遠(yuǎn)鏡有不少優(yōu)勢(shì)，比如，無(wú)線電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無(wú)法通過(guò)的星際塵埃，因而射電望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)更遙遠(yuǎn)的未知宇宙。
這也讓FAST所在的射電天文學(xué)領(lǐng)域處于天文研究的前沿地帶，并成為諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃。據(jù)了解，在諾貝爾獎(jiǎng)歷史上，明確基于天文觀測(cè)的10項(xiàng)獲獎(jiǎng)成果中，有6項(xiàng)出自射電望遠(yuǎn)鏡。
按照嚴(yán)俊的說(shuō)法，全新的設(shè)計(jì)思路，加上得天獨(dú)厚的臺(tái)址優(yōu)勢(shì)，使FAST突破了射電望遠(yuǎn)鏡的百米極限，開(kāi)創(chuàng)了建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式，并將在未來(lái)20年至30年保持世界一流設(shè)備的地位。
那么，F(xiàn)AST未來(lái)如何運(yùn)行，是否會(huì)向國(guó)際同行開(kāi)放共享的問(wèn)題也備受關(guān)注。FAST工程辦公室主任張蜀新透露，F(xiàn)AST正式投入運(yùn)行后，將有包括科學(xué)委員會(huì)、時(shí)間分配委員會(huì)和用戶委員會(huì)等機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行其科學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用的管理。
具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家如果有科研需求，可以向科學(xué)委員會(huì)提出申請(qǐng)，說(shuō)明研究目標(biāo)，研究?jī)?nèi)容以及研究觀測(cè)方法等，通過(guò)科學(xué)委員會(huì)評(píng)審后方可進(jìn)行。
張蜀新還表示，F(xiàn)AST將向全球開(kāi)放，但也會(huì)遵循國(guó)際慣例，優(yōu)先選擇本國(guó)科學(xué)家的項(xiàng)目。鄭曉年也表示，通過(guò)觀測(cè)更深遠(yuǎn)、更清晰的宇宙，無(wú)論是在最熱的脈沖星領(lǐng)域，還是在引力波探測(cè)方面，F(xiàn)AST都將為中國(guó)科學(xué)家?guī)?lái)前所未有的機(jī)遇。
在“看得見(jiàn)”的應(yīng)用上，隨著FAST的建成，也能夠?qū)⑽覈?guó)空間測(cè)控能力由月球同步軌道延伸到太陽(yáng)系邊緣，將為我國(guó)火星探測(cè)等深空研究奠定重要基礎(chǔ)。
按照計(jì)劃，F(xiàn)AST將在今年9月正式竣工，隨后進(jìn)入全系統(tǒng)的調(diào)試階段。
今天，也就是FAST主體完工的第二天，這口“大鍋”方圓5公里內(nèi)的通信基站都將暫時(shí)關(guān)閉一天——新的一次調(diào)試開(kāi)始了，這也意味著，F(xiàn)AST將有可能迎來(lái)一批新的宇宙信號(hào)。
