此次贵州之旅的重点,就是去到黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼(dang)参观中国天眼。500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)简称FAST,是中国科学院国家天文台的一座无线电望远镜。FAST主体工程於2011年开工,2016年落成,为目前世界第一大的填充口径(即全口径有反射面的)无线电望远镜。
步入天文体验馆,即见一尊高高的白色雕像,那是屈原在仰望星空。
“ 天何所沓?十二焉分?日月安属?列星安陈?-----------”
屈原在他创作的长诗《天问》中,面对宇宙星空发出惊天一问,同时描述了许多古代所观测的天文现象。
为了要拉近人类与星空的距离,从中国汉代杰出天文历学算家落下闳的浑天仪,在中国用了两千年。落下闳创制的浑仪(包括浑天仪和浑天象),形象地展示了宇宙模型。直到1608年荷兰米德尔堡眼镜师汉斯.李波尔(Hans Lipperhey),用水晶造出第一台望远镜。
1963年,当年世界上属於美国最大的单孔径射电望远镜阿雷西博(Arecibo Radio Telescope)建成,其口径为305米,坐落在加勒比海波多黎格(Puerto Rico)岛一个郁郁葱葱的山谷中,半个世纪以来一直在追踪来自宇宙的射电信号,为天文学家们提供了数不清的观察数据。不过在2020年8月初的一个凌晨,一条支柱钢缆突然崩塌,导致这个人类探测宇宙的强大“武器” 完全损坏。
话说在1993年京都举行国际无线电科学联合会上,包括中国在内的多个国家提出倡议,希望在地球电磁波环境被破坏前,建造新一代大射电望远镜,FAST 是方案之一。当时主要有两个论点:一是建那些口径10米和20米之类的小型望远镜,另一种是建设大型如FAST之类的。
因为国际上认为单口径大射电望远镜打造困难风险大,而且有区域限制等。后来国际主流是建了一堆小望远镜——平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array ,简称SKA)。
FAST被国际天文联合会弃用后,中国走上了独立自主研发的道路。坐落在贵州平塘大窝凼的FAST,能够接收宇宙深处的电磁波,可以看到137亿光年外的地方,它的出现让中国天文研究达到世界领先水平,其成功的背后,当然离不开FAST工程首席科学家南仁东的无私奉献。南仁东坚守二十年专注於打造中国天眼,虽罹患肺癌,依然带病坚持工作。2016年9月赴贵州亲睹自己耗费22年心血的大科学工程落成,隔年9月病逝。
FAST 的选址开始於1994年,直到1999年工作组才终於明确了解对地形的要求——需要一个500米口径的洼地,考察洼地的深度、开口大小、有无居民点,有没有排水洞等因素。从400多个洼地中筛选出24个,又从24个筛选出3个,最后选出了大窝凼,像大窝凼这样被山围起来的地形,对减少电磁波的干扰特别有效。
贵州大窝凼有着极为宁静的自然环境,由於无线电环境对射电望远镜影响极为重要,项目地址半径5公里之内必须保持宁静和电磁环境不受干扰。大窝凼附近没有集镇和工厂,在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,是最为理想的选择。
游客参观望远镜时,绝不允许携带手机、数码相机、智能手环等电子设备,避免导致FAST 接收的信息失效或者有偏差,确保FAST 免受电磁干扰。
从山顶观景台看去,大窝凼就像一个天然的巨碗,刚好盛起望远镜约20万平方米的巨型反射面,建成后的望远镜,填满了整个山谷。
FAST 的白色圈梁有如一座钢桥,被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空,周长1. 6公里。鸡蛋粗细的钢索攀附圈梁悬垂交错,总重1300吨,编织成一张巨大的网。望远镜的反射面有近30个足球场大,由2400块长11米的铝制三角形组成,每个三角形的连接点都可以依靠下拉索,通过促动器进行运动。
有如一只巨大眼睛的FAST,有着直径500米的“眼球 ”以及直径300米的“眼珠 ”来汇聚电磁波观测深空。FAST 的科学目标中最重要的一项就是观测脉冲星(Pulsar),脉冲星是宇宙中具有超强磁场,并极块速旋转的中子星(Neutron star),科学家将脉冲星比作一座灯塔,它能在宇宙中指明方向。未来星际航行时,只要宇宙飞船上安装脉冲信号接收机,接收至少三颗脉冲星信号,宇航员就能准确知道飞船在宇宙中所处的方位。
至今为止,科学家发现了超过2500颗脉冲星,其中大部分是由澳洲的64米口径帕克斯望远镜(Parkes Radio Telescope)找到的。有研究认为,如果使用FAST 来找脉冲星,将能发现6500颗新的脉冲星。FAST 加盟大口径望远镜家族,将大大推进人类认识宇宙的速度。
2024年5月10日,从中国科学院国家天文台获悉,基於中国天眼的观测数据,科学研究团队发现了一批最遥远的中性氢星系样本,项目团队估算了样本中大质量中性氢星系的密度,发现42亿年前的宇宙,拥有更多大质量的中性氢星系。
FAST 还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动,掌握星系间互动的细节,揭秘宇宙的起源和演化,还能听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,搜索可能的星际通讯信号和地外文明。