中國大口徑望遠(yuǎn)鏡FAST預(yù)計2016年成型 將領(lǐng)跑世界

監(jiān)聽奇跡

FAST建成后，天文學(xué)將注定有許多突破。

　　首先，F(xiàn)AST能夠發(fā)現(xiàn)更多的脈沖星。脈沖星是1967年發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樾盘栆?guī)律，開始被誤認(rèn)為是外星人發(fā)出的信號。現(xiàn)在普遍認(rèn)為，脈沖星是一種高速旋轉(zhuǎn)的中子星，就像海邊的燈塔，旋轉(zhuǎn)的光柱掃過地球。但也有一些證據(jù)似乎不支持燈塔模型。

　　南仁東說：“現(xiàn)在我們偵測到的約2000顆脈沖星，全都是銀河系內(nèi)的。別的星系想必也有脈沖星。所以FAST會避開銀河，對準(zhǔn)別的星系，發(fā)現(xiàn)更多奇特的脈沖星，了解它是什么東西。”

　　南仁東說：“我們很可能會發(fā)現(xiàn)一些前所未見的脈沖星現(xiàn)象，比如說一個脈沖星和一個黑洞結(jié)對，那么就可能產(chǎn)生突破性的理論。”FAST期望第一年就找到幾十顆銀河外的脈沖星。

　　FAST還可能觀察到早期宇宙的蛛絲馬跡——中性氫云團(tuán)的運(yùn)動。所謂中性氫，就是宇宙中未聚攏成恒星發(fā)光發(fā)熱的氫原子，是一個質(zhì)子加一個電子。本來從遠(yuǎn)處是看不到氫原子的，但質(zhì)子和電子就像旋轉(zhuǎn)的星球一樣有磁極。如果電子磁極罕見地倒轉(zhuǎn)了，一種波長為21厘米的微弱電磁波就跑了出來。

　　監(jiān)測21厘米波，不僅能判斷出哪里存在大量的中性氫，還能通過波長微小變化，判斷出這些氫原子在遠(yuǎn)離還是靠近我們。

　　由此，F(xiàn)AST觀測中性氫信號，就能獲知星系之間互動的細(xì)節(jié)，還可能發(fā)現(xiàn)早期宇宙中剛剛形成的氫是怎么運(yùn)動的，從而為宇宙發(fā)育史提供線索。類似的道理，F(xiàn)AST還能監(jiān)聽到一些太空有機(jī)分子發(fā)出的獨(dú)特電磁波，讓我們更精確地描繪出宇宙圖景。

　　如果幸運(yùn)，F(xiàn)AST還將嘗試接收外星文明的電波。如果一二十年后，外星人有意無意釋放的信號被地球收到，那肯定是FAST的功勞。

絕對安靜

　　在中國有人煙的地區(qū)，大窩凼附近算是電波稀少的了。我們路過附近的另一個凼——鉆過幾百米的漆黑山洞，突現(xiàn)一座世外桃源。天坑底部種著蔬菜和莊稼，幾棟木房子，狗吠雞鳴之外，萬籟無音，令人心曠神怡。這里不通電線，最近一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在5公里外。

　　射電望遠(yuǎn)鏡正需要這么一處靜土。貴州省政府2013年出臺法令，在FAST周圍設(shè)立一個5公里無線電靜默區(qū)，30公里內(nèi)不允許有干擾設(shè)施。附近的農(nóng)民將為此搬遷。

　　在距離FAST項目8公里的地方，散布有大小12個天坑組成的世界上最大的天坑群，其深度均超過300米以上，被稱為“天坑博物館”。貴州政府期望結(jié)合天坑和天文景觀，“打造國際天坑天文旅游目的地”。

　　而科學(xué)家們希望減少周邊人類活動，避免電波風(fēng)險。最靈敏的天線相當(dāng)于最嬌弱的耳膜，輕聲耳語對它無異于大喊。南仁東說：“月亮上打手機(jī)，F(xiàn)AST也能聽得一清二楚。”

　　不要說用手機(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那里會造成一場電磁風(fēng)暴。

　　因此，未來在FAST現(xiàn)場工作的科學(xué)家控制使用電器。FAST的監(jiān)聽中心設(shè)在兩道山以外。FAST獲取的信號通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)聽中心，再傳送到外界，全程不能用無線裝置。

　　南仁東說，如果說FAST還有讓人不放心之處，就是今后附近能否保持絕對電波靜默。

中國制造

　　2015年，F(xiàn)AST將進(jìn)入反射面拼裝階段。科技日報記者在現(xiàn)場看到了三角形的面板，鋁合金制，邊長11米，4000多塊這種面板最終將拼出FAST天線鍋。面板密布孔洞。南仁東說，一是為了風(fēng)負(fù)載小一點(diǎn)，二是達(dá)到50%的透光率，讓天線面下能長草，避免水土流失。

　　FAST的設(shè)計和建造，體現(xiàn)了中國人領(lǐng)先于世界的工程能力。光是把33米長、70噸重的鋼框部件一塊塊從沿海運(yùn)送到山區(qū)，在狹小的坑里吊起、拼合，就足夠令人贊嘆了。負(fù)責(zé)施工的江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司創(chuàng)新了很多工藝，包括吊裝技術(shù)，在世界上頭一個完成了這類工程。

　　FAST是人類用極端手段探索遙遠(yuǎn)的星空，因而在建設(shè)中使用了大量非標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)模塊，這就需要科研人員和各領(lǐng)域的制造廠商密切協(xié)作，強(qiáng)力攻關(guān)，并研發(fā)新技術(shù)。

　　以鋼索為例。FAST的鋼索網(wǎng)很重，拉扯又頻繁，因此需要超高的耐疲勞強(qiáng)度。我們一般所用的鋼索，包括斜拉橋上的鋼索，其強(qiáng)度都是200兆帕、200萬次彎曲的，但FAST的鋼索上需要裝上反射面板，需要經(jīng)常調(diào)換角度，不斷拉伸，再加上FAST至少需要應(yīng)用30年，所以設(shè)計人員提出了安裝強(qiáng)度為500兆帕、200萬彎曲次數(shù)的鋼索。FAST工程團(tuán)隊和柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司等單位合力攻關(guān)。

　　FAST工程研究人員歷經(jīng)了無數(shù)次的失敗。比如，當(dāng)他們試驗(yàn)到350兆帕的時候，僅彎曲6萬次就失敗了;他們?nèi)绻鲆淮?00萬次的彎曲試驗(yàn)，就需要10天。經(jīng)過工程團(tuán)隊的不懈努力，柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司終于研發(fā)出了符合要求的新的鋼索材料、包裹材料和制造工藝，滿足了FAST的要求。同時他們也申請了12項專利。如果這種鋼索使用到斜拉橋上，將大大提高橋梁的質(zhì)量和壽命。

　　望遠(yuǎn)鏡的饋源艙是在天線鍋中心的正上方吊起來的，由鍋外6個支撐塔通過鋼索共同拽住。饋源艙需向外傳輸?shù)男盘枺夹杞柚嗡系墓饫|輸出，不能使用無線通訊。因?yàn)轲佋磁撔枰粩嗟卣{(diào)整位置，拽著它的鋼索就需要不斷地拉伸，附著其上的信號光纜也隨著不斷拉伸。FAST工程團(tuán)隊設(shè)計了一種“窗簾式”的機(jī)構(gòu)，信號線和電源線耷在鋼索上，可隨鋼索一同拉伸。這不僅要求它們要能夠抗彎曲疲勞，而且還需要信號線內(nèi)的光纖在拉伸中不致信號衰減。

　　國內(nèi)以前對光纖彎曲的要求一般幾十次就可以了。而FAST工程要求光纖5年抗彎曲疲勞6.6萬次。

　　FAST工程團(tuán)隊與北京郵電大學(xué)、武漢烽火通訊公司、北京康寧光纜公司等合作攻關(guān)，研發(fā)了4年，終于制造出了突破10萬次彎曲疲勞壽命的48芯動光纜，同時讓信號衰減達(dá)到最低，達(dá)到了FAST的要求，同時刷新了世界紀(jì)錄。

　　大科學(xué)工程就是通過這些苛刻條件的提出與實(shí)現(xiàn)，推動著國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。

　　預(yù)計兩年后，F(xiàn)AST獲得的信號，將通過這條光纜傳輸?shù)酵饨纭Ｃ刻鞎泻Ａ康臄?shù)據(jù)在貴州、北京和全世界的計算機(jī)中分析。FAST好比一把更密的篩網(wǎng)，能撈出宇宙中更多的漂流瓶。中國的工程專家是實(shí)現(xiàn)這一奇跡的功臣。