“中國天眼”(FAST)首席科學家、總工程師南仁東從上世紀90年代開始推動該項目,身邊人評價他“20多年來只做這一件事”。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……
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起點,1993年,日本東京,國際無線電科學聯盟大會。
“希望在全球電波環境惡化到不可收拾之前,可以建造新一代的射電‘大望遠鏡’!
在會上聽到這個想法,時任中國科學院北京天文臺副臺長的南仁東只冒出一個念頭:
“別人都有自己的大設備,我們沒有,咱們也建一個吧!”
“大設備”,是指大口徑射電望遠鏡(簡稱“大射電”),也就是后來逐漸成型的FAST項目。
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大射電,當代中國天文學家夢寐以求的尖端設備,在對更遙遠的宇宙空間、天體運動進行更精準探索時不可或缺。
然而,1993年的中國,僅在北京、上海等地建有40米、25米口徑射電望遠鏡。中國天文學家如果想使用大射電,只能去美國、歐洲,唯有那里才有當時全世界最先進的大口徑射電望遠鏡。
“天文學是孕育重大原創發現的前沿科學,也是推動科學進步和創新的戰略制高點!習近平在致我國500米口徑球面射電望遠鏡落成啟用的賀信中說。
作為中國古代科技成就最輝煌的學科之一,天文學足以讓每個中國人驕傲。只是,這輝煌的時間屬性是“曾經”,它滯留在“中國古代”。
“現代天文學領域,中國已遠遠落后于世界”。在設備不足、不夠先進的條件下,這幾乎已成定論。
為了改變現狀,為了扭轉頹勢,為了彎道超車,FAST拔地而起,橫空出世。
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建設FAST絕非易事,堪稱一場現代科研長征,而且從1994年持續到2016年,一走就是22載。
首先,便是選址難題。
1994年4月,幾個人影走進貴州的崇山峻嶺。
林深樹茂,人跡罕至,這里是世界上最大的喀斯特區之一。
所謂喀斯特地貌,就是石灰巖地區所出現的地表山峰奇特、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。
對于不遠萬里從北京來到貴州的這幾個人來說,貴州喀斯特地貌最可貴的不是秀麗風景,而是這里不僅與世隔絕,電磁干擾近乎零,而且地形條件穩定,巖石透水性極高。
這幾個人中的“帶頭大哥”,就是在給大射電找合適建設場所的南仁東。
中外科學家考察大窩凼時與當地住民在選址現場合影。資料圖
在發現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,他最常做的,就是抽著煙在辦公室周圍找人聊,覺得說得好就記一下。直到有一次,有人向他提到云貴的喀斯特洼地。
南仁東迅速請遙感所出了三百多幅洼地的衛星遙感圖,黃黃綠綠的圖上顯示當地的窩凼。
于是便有了前面那一幕,幾個人影不辭勞苦徒步入深林的情景。
自此直到2005年的12年間,南仁東等大射電項目發起人對1000多個洼地進行比選,又實地走遍上百個窩凼,終于選定大窩凼洼地作為臺址。
據估算,以當時的道路條件,南仁東們每天最多走1到2個窩凼,晚上回到縣城,白天再跋涉過來。
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選址確定只是第一步。
工程成本、難度過高的第二道難題,隨之而來。
大口徑意味著容納接收器的巨型饋源艙、數量龐大的反射面板、用于支撐設備的復雜框架……如何破解?
2011年3月5日,FAST正式開工建設。
于是,一項神乎其技的工程開始在貴州黔南州的深山中高速展開。
大窩凼舊貌
圈梁安裝過程
FAST索網安裝工程
大窩凼全景
反射面系統由支撐塔、索網結構和反射面面板等組成,索網結構可以隨著天體的移動變化,帶動索網上的4450個反射單元,在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面,極大提升觀測效率;
4450個反射單元面板上均有孔洞,既減少風負載,又能提高透光率,對生態環境無公害,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,遠遠低于阿雷西博望遠鏡的900噸,再加上并聯機器人的使用,實現了望遠鏡接收機的高精度指向跟蹤……
一項項創新技術的提出、實現和完成,是FAST對大口徑射電望遠鏡工程更上一層樓的突破。
而這也意味著,中國射電天文學界首次擁有世界排名第一的設備!
自此,中國將可以用自己的望遠鏡收聽來自太空深處的無線電波,接收137億光年以外的電磁信號;可以窺探星際之間互動的信息;可以觀測暗物質;可以測定黑洞質量;可以搜尋可能存在的星外文明……
突破同類設備的創新技術,除少部分是與國際合作外,FAST中國設計、中國制造的純度達到99%;與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,FAST靈敏度提高約10倍;與美國阿雷西博305米望遠鏡相比,FAST綜合性能提高約10倍……數據只說明一件事:FAST預計對國際同類設備至少保持二十年以上的領先地位!
如今,72歲的南仁東與世長辭,他仿佛把精力都留給了“中國天眼”——世界最大口徑的射電望遠鏡FAST。
南仁東離開了,但他用全部心血鑄就的FAST,將亙古以來深埋于中國人基因的宇宙夢再次喚醒。
從無中生有,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!