孙大圣漫游今朝—天眼FAST

〖2018年“科普创客大赛”参赛作品，版权归大赛主办方所有，任何媒体、网站或个人不得转载！违者追究相应法律责任！〗

上

李星辰在乘客出口处踱着步子，不时看着手上那块父亲传下来的梅花机械表嘴里嘟囔着：“这孙大圣一个跟头十万八千里，有必要乘飞机来？真是浪费。”

“不要在背后说俺坏话。”

察觉到有人在脖颈后边吹着气，李星辰赶忙转过身来。按照他记忆中的形象，孙大圣应该身披黄金锁子甲，头戴一顶凤翅紫金冠，足踏藕丝步云履，但如今出现在他眼前的雷公嘴、毛茸茸的家伙，却是一套深灰色的西装穿在身上，扎着一条深红色的领带，脚上则是一双黑色的皮鞋，让他有点意外。

“孙大圣？”李星辰疑惑地问道。

“行不更名坐不改姓，正是俺老孙。你这娃也真是好笑，今儿还没带我去看望远镜，你这眼睛先不好使了？”

“我只是对您这身打扮有点、有点意外。”李星辰挠了挠头继续道。

“俺老孙已经拜访过国家天文台的郭守敬望远镜了，这法斯特与此有什么不同？”

“FAST，是Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，中文名称是500米口径球面射电天文望远镜。”李星辰推了推黑色的眼镜道。

“还有外国名？还不就是望远镜吗？把远处的景物拉近了看！”

“大圣您这比喻对FAST不太适合，它跟普通的光学望远镜不一样。”

“别诓俺，都叫望远镜，有啥不一样。”

“可望远镜也分很多种。先拿普通的光学望远镜来说吧，原理跟您的比喻相似。主要靠收集可见光，聚焦光线，可以直接放大影像、进行目视观测或者摄影等。“

“对啊，这不跟俺朋友千里眼的本事一样喽？”

“最初发明的望远镜，对于观测宇宙来说还只是个“近视眼”。”

“此话怎讲？”

“大圣，您有所不知。意大利人伽利略磨制的第一台望远镜只有33的倍率，对于您的朋友千里眼来说只能是一个近视眼。喏，这就是伽利略制作的天文望远镜的复制品照片。”李星辰把平板电脑递过去。

“有趣、有趣，这不是400年前吗？后来呢？”

“1668年，艾萨克·牛顿发明了第一件反射式望远镜，性能优于伽利略折射望远镜，这主要归功于反射镜的大口径镜片。”

“口径？”孙大圣盯着屏幕上的反射望远镜的图片问道。

“决定天文望远镜性能的参数有很多，其中最重要的一项是口径。将望远镜的口径换算成毫米，除以人类眼睛瞳孔的最大口径，所得的数值再平方，即为望远镜的集光能力。集光能力越大，就越能看到越远、越暗的星体。到了18世纪中期查尔斯· 梅西耶搜寻彗星所用的设备也只是一架100毫米的折射镜。”李星辰扭开一瓶水递给大圣继续讲解道。

“这之后一些天文学家还建造了更大口径的天文望远镜，比如1917年，位于加利福尼亚的胡克望远镜，口径为2.54米。望远镜口径越大越麻烦，由于各种材料的限制，天文望远镜的口径终究会出现一个极限。随着科技的发展，科学家把视野放在了太空，那里重力微弱，可以制造出来更大的望远镜，也就诞生了著名的哈勃太空望远镜。至此，我们才有了可以观测宇宙大范围空间的超级千里眼了。”

“等等，照你的意思俺们不应该去大窝凼，而是去太空。需要俺带你去吗？一个跟头十万八千里，不消半刻就能到既定的轨道。”孙大圣右手食指指着车顶说道。

“不用不用。“李星辰摆摆手道，“刚才跟您介绍的只是望远镜家族中的光学望远镜，我们今天要参观的是另一种望远镜，原理不同，有点像您的另一位叫顺风耳的朋友。”

“你这娃娃，又想诳俺，望远镜怎么会跟他有关系？”

“顺风耳是不是靠耳朵听千里之外的声音？”

“没错。”

“今天要参观的FAST也靠‘听’来观测宇宙。”

“有趣有趣，来给俺讲一讲这可以听的望远镜！”孙大圣一时兴起，抓耳挠腮，若不是在车上，肯定会跳行跳下，甚是兴奋。

“著名的科学家麦克斯韦提出电磁方程后，人们以此为基础，发现光也是一种电磁波，肉眼能看到可见光波段只是波长集中在390纳米到700纳米间的电磁波，这只占电磁频谱中很窄的一部分。这之后科学家发现宇宙中的天体除了会发出人眼可以看到的可见光之外，还会发出大量的人眼不可见的电磁波。而后随着无线电技术的发展，我们学会了接收和发送电磁波。有了这两个前提条件，射电望远镜出现了。”

“等等，你这云里雾里的，俺可没明白，怎么就突然出现了？”

“您知道收音机吗？”

大圣点了点头。

“收音机是收集各频段的电磁波然后转换成声音，听众就能听各种各样的节目了。几乎是同样的原理，射电望远镜可以理解成一个超级收音机，用来收集来自宇宙星体发射的各种各样电磁波，然后转换成人类耳朵能听到的声音和眼睛可见的图像。这是不是跟您的朋友顺风耳很像呢？”

“的确，的确。”

“这就是射电望远镜。”李星辰把平板电脑递过去，“您看，射电望远镜并没有传统望远镜的镜头，不能用镜片集光，也不能直接“观看”星空，而是来“收听”星体。这模样像不像一口大锅。”

“这玩意儿俺老孙见过，原来这就是射电望远镜啊？像俺以前为师傅煮饭的大锅。一会儿俺们要去的大窝凼，也有这么一口巨锅吗？”

“这张图是FAST建成之前，世界上最大的射电望远镜——阿雷西博望远镜的照片。阿雷西勃望远镜是固定望远镜，不能转动。”

“也就是不能瞄准喽？顺风耳的脖子不能动，怎么能行？”

“对，不过我们的科学家们解决了这个问题。”李星辰自豪地拍了来胸脯。

这时一直安心开车的司机师傅打了个手势，李星辰点了点头道：“大圣，我们就快到禁区了，把您身上的电磁产品，比如手机、数码相机、平板电脑、车钥匙等等电子产品拿出来，放在保管箱里，FAST核心区不允许这些东西进入。”

“怎么？有这规矩？比俺师傅还罗嗦！不过俺老孙并没有这些劳什子。”

“过会儿您就知道了。”

下

“您看，FAST的球面反射面直径为500米，整个反射面的面积为25万平方米，大概有30多个足球场大小。如果把FAST这口大锅装满水，足够全世界73亿人每人分到2升。刚才在车上给您的瓶装水550毫升，大概四瓶的样子。”

“这口锅还真大，但真的有必要做这么大吗？”孙大圣站山顶上向下俯视着脚下的FAST道。

“当然有，反射面直径越大，越能‘听到’更遥远星空的‘声音’，能观测到更遥远的宇宙，即使是您孙大圣也到不了的远方。”

“嘿，还有俺老孙到不了的远方？”大圣忍不住伸出右手挠了挠腮下。

“您以一个跟斗十万八千里闻名于世，换算成现在的单位大约为五万四千公里。足可以绕赤道一周。”李星辰竖了个大拇指。

“嘿嘿。”

“到月球也就是五六个跟斗，可到火星就比较费时了。我们距离火星的平均距离是1.2亿公里，也就是12000万万公里，需要您一口气翻出去2400个跟斗，还得屏住呼吸，太空里没有空气。”

“乖乖，那俺老孙非头晕不可。”

“这都算近的，距离太阳系最近的恒星是比邻星，有4.2光年远，换算成公里是397349亿公里，您大概需要翻8亿个跟斗才能到达。假设您一个跟斗云需要1秒，每天24小时候不间断的翻，大概需要25年的时候。而这座FAST能‘听’到137亿年以外的电磁信号。”

“乖乖，不得了啊！这可比顺风耳厉害多了。”孙大圣吐了吐舌头转身看着巨大的反射面又道：“这里真够巨大，也很漂亮，建起来不容易吧。”

“这说起话长。最初提出FAST修建的是被称为时代楷模的南仁东先生。”

“俺听说过这老爷子，听说他为FAST奉献了自己后半生。”

“的确。1993年，在东京召开的国际无线电科学联盟大会上，科学家们提出，要在全球电磁波环境恶化到不可收拾之前，修建新一代射电“大望远镜”，当时任中国科学院北京天文台副台长的南仁东先生提出了一个方案，在中国境内建造直径500米世界上最大单口径射电望远镜。”

孙大圣掰着手指算了算：“25年前就开始计划了？”

“对，从1994年开始，当时年近50岁的南仁东开始主持国际大射电望远镜计划的中国推进工作，并大胆提出，利用我国贵州省的喀斯特洼地作为望远镜台址，立即启动了贵州选址工作。”

“早从哪时起就开始选址，最终选在了大窝凼。这里有个天然的巨坑，省去了很多工程量，周围的山峰围成了一个封闭的空间，有利于屏蔽外接的干扰。”

“后来呢？”

“南仁东先生一直为此辛勤工作到2007年，这一年7月FAST作为国家重大科学装置被正式立项。第二年，国家批复了FAST的可行性研究报告；终于在2011年开始建造大圣您看到的这座巨大无比的射电望远镜。”

“这位老先生还真是执着啊！”

“2016年共有4450块单元面板的FAST正式建成。说起来很简单，但这其中有无数艰辛，FAST的首席科学家南仁东奉献了22光年，即使在2016年身患重病的情况下依然坚持工作。这是建造过程的过程图。”

孙大圣接过厚厚一摞画成漫画的介绍书，专心看起来。

“刚才为什么又是换车，又是把电子产品收了起来？你还没有回答俺。”

“这跟射电望远镜的特性有关，因为FAST拥有无与伦比的‘听力’，有一点电磁波的干扰就会引起观测误差。举个例子，澳大利亚有一座64米口径的帕克斯射电望远镜，从1998年开始就开始接收到一种信号。科学家为此非常兴奋，分析称这可能个大发现，经过数年的搜寻，终于在2015年确定，这个信号就是来自基地里的电子产品——微波炉。这是一个真实的故事，所以一切可能引起干扰的电子产品都被禁止带入这片区域。”

“哈哈，还闹过这种笑话啊。”孙大圣乐得前仰后翻。

“FAST作为世界上最大的射电望远镜，正式开展观测的时，半径5公里的区域将成为无线电静默区。所有可能产生干扰的电子产品、手机基站等都被挪出这里。望远镜与外界的通讯都将使用光纤连通外部世界。大窝凼周边半径五公里之内没有人烟。基地内必须的电器设备也都进行了屏蔽处理。载我们进来的汽车也是柴油车，因为汽油发动机采用的电子点火系统，也会产生干扰。”

“搞这么极致有必要吗？”

“当然有，虽然宇宙里的星体发射出来的各种电磁波在刚离开星体的时候很强大，但穿越大范围的宇宙空间后，就变得很衰弱了。要不是FAST如此大的口径，有些星体根本发现不了。去年已经发现了一批脉冲星，分别距离我们1.6万光年和4100光年。”

孙大圣听闻这个数字后，俩手比划着，在心算着自己要翻多少跟头才能跑这么远。

“大圣别算了，这么远的距离，即使是大圣跟斗云也只是望宇宙兴叹啊。”

“嘿嘿，还真是。不过，我看这口大锅不能旋转啊，不能扭动脖子的顺风耳也不堪大用吧。”

“南仁东先生也想到了，带领团队解决了这一问题。虽然不像一些射电望远镜建立在可旋转的支架上，但FAST的确可以‘扭动’脖子。看到FAST中心上空的哪个钢索连着的多边形物体吗？那是馈源舱，用来出接收、处理大锅反射面收集的射电信号的装置。这个馈源舱是可以移动的，同时大锅的锅底有拉索促动器，可以控制锅面一定程度变形，多个促动器一并使用就可以形成不同角度范围的300米口径瞬时的锅面，用来观测不同区域的星空，起到扭动脖子的效果。”

“嘿嘿嘿，你小子也跟俺老孙学的用锅面二字了。”

“这不是方便给您解释嘛。”

“这的确是个超级顺风耳，不这就是个天眼啊，比俺老孙认识的顺风耳千里眼加一起还要厉害的多！”

“借助FAST，科学家还可以研究宇宙大尺度物理学，探索宇宙的起源和演化，甚至还可以搜索可能存在的外星人的信号呢。”

“哈哈，外星人啊，是不是跟妖怪一个模样呢？俺老孙还真想见一见呢。今天的参观很有趣！俺回去跟顺风耳聊一聊，让他也与时俱进，改听电磁波去。”

“一会儿到了晚上，我带您观银河。对了，也许利用旁边小望远镜，我们还能看到南仁东星。“

“那是什么？”

“2018年10月15日，中科院国家天文台宣布，将国际永久编号为“79694”的小行星被正式命名为“南仁东星”。”

“这个俺老孙一定要看一看。以后还有没有可能建更大的射电望远镜？”

“FAST至少在10、20年内都无法被超越，至于以后会不会。我觉得与其建立超过FAST的射电望远镜，不如把更多的望远镜发射到太空，那里没有了空气和天气的干扰，可以看到更远。在月球背面更好，那里几乎是绝对的电磁静默区，更适合建立超大的射电望远镜呢。”

“有趣，有趣。下次轮到我带你去月亮上参观！也轮到俺大圣大显身手了！”

“大圣啊，我们中国人的月球探测器已经在那里了，不久的将来中国的宇航员也会登上月球呢。”

“俺老孙等着你们哦！”

“一言为定！”

“下次带俺老孙去参观你们是如何奔月的吧？不过这次你还得给俺老孙多讲点FAST。”

安静的山谷里，回荡着两人的笑声，久久未曾散去。

----------------------------------

参考文献：

1、 FAST:巡视宇宙边缘的巨眼 方晨 科学世界 2016-10-03

2、 500米口径球面射电望远镜工程[J].   科学 2016年04期

3、 FAST脉冲星发现新视野 科学导报 2017年35期

4、 你是我的眼——现代天文望远镜的演变 陈厚尊 飞碟探索 2018-01-15 期刊

5、 郭守敬望远镜观测数据对外发布 科技日报 2013-9-17

6、 从宋代“客星”到中国“天眼”中的脉冲星——“李约瑟难题”试答 张承民 杨佚沿 支启军 中国科学院国家天文台中国科学院FAST重点实验室  中国科学院大学物理科学学院  北京师范大学天文系  贵州师范大学物理与电子科学学院  贵州省射电天文数据处理重点实验室

7、 Fast与地外文明 作 者:梅松; 文献出处：大众科学 2017年01期

8、 FAST望远镜取得首批重大成果——发现数颗新脉冲星 李橙媛 中国科学院国家空间科学中心

图片出处：《FAST:巡视宇宙边缘的巨眼》一文