如果全世界只剩一只“天眼”

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  地球上曾有两只“大眼睛”,人类用它们来探索宇宙星河中的未知与奥秘。不幸的是,一则突如其来的消息引发了世界天文探索领域的震动——2020年12月1日,美国国家科学基金会(NSF)确认,地球“两大眼睛”之一的波多黎各阿雷西博(Arecibo)射电望远镜发生坍塌事故,再无法使用。此后,与人类并肩前行的重任将落在另一只“大眼睛”上。
  剩下的这只“大眼睛”,名叫FAST(Fivehundred-meter Aperture Spherical radio Telescope),是“500米口径球面射电望远镜”的简称。1994年,FAST工程概念提出,历经22年修建,于2016年9月25日落成启用;2020年1月11日,FAST通过国家验收,正式投入运行。
  FAST位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇,一处名为大窝凼的喀斯特洼坑中,这里远离城市与人烟,绿树与青山环绕。目前,它是世界上最大单口径的射电望远镜,由4450块反射板面单元组成,面积约25万平方米,拥有的接收面积大小相当于30个标准足球场。
  为了安放这只巨型“天眼”,科学家们可谓煞费苦心。他们带领团队,翻越祖国西南地区的大小山岭,在当地居民的帮助下勘察选址。经过严格的多重勘察筛选,最终,位于贵州省境内的喀斯特洼坑当选这只硕大“天眼”的“眼窝”。之所以选址“大窝凼”,主要有三方面的原因:一是其地貌最接近FAST的造型,周围三座山峰呈“三足鼎立”之势,每座之间的距离在500米左右,中间的洼地形似天然的“锅架”,刚好能稳稳地架起FAST这口“大锅”,因此开挖的工程量也相对最小;二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透,不会因雨水淤积而损坏望远镜;三是射电望远镜工作的原理,在于利用频率低于可见光的电磁波,这需要一处“静土”,避免受到其他无线信号的干扰。而在大窝凼周围方圆5公里内没有一个乡镇,正是绝佳台址。
  射电望远镜不是用肉眼观测的普通望远镜,它是观测和研究来自天体的射电波的基本设备,是世界上最顶尖的太空望远镜。不过,要想明白什么是射电望远镜,先得弄清楚什么是射电。射电一般是指无线,是可以在所有自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波。射电望远镜跟接收卫星信号的“天线锅”类似,能通过锅底球面反射聚焦,把几平方米到几千平方米的信号聚拢在一个点上。因此,“锅”的面积越大,聚拢的信号就越强,就能探测到更远、更微弱的信号。

  中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东曾說:“宇宙空间混杂各种辐射,遥远的信号像雷声中的蝉鸣,没有超级灵敏的‘耳朵’,根本就分辨不出来。”而FAST正是充当了地球探索宇宙的“眼睛”和“耳朵”。
  那么,这只“天眼”究竟能“看”到什么?能看到外星人吗?其实,“天眼”更多的是为探索宇宙脉冲星信号而搭建的。理论上,FAST能接收到137亿光年外的电磁信号,这个距离接近宇宙的边缘。同时,FAST接收宇宙脉冲信号的功能也异常灵敏,可利用这一点实现大面积、高密度的天文观测,包括巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星、探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号等,为宇宙探索提供坐标、指明方向。但在这个过程中,“天眼”只会接受宇宙中的信号,不会有任何地球信息的输出,因此也不会与“外星人”发生“对话”。
  自正式投入运行以来,FAST取得了不凡的成绩,截至2020年11月,其观测服务超过5200个机时,达到预期设计目标近 2 倍;累计发现脉冲星超过240颗;基于观测数据发表的高水平论文达到40余篇。近日,在国际科学期刊《自然》杂志上,FAST又陆续发表了在快速射电暴方面的研究成果。在历史的长河中,人类探索宇宙奥秘的脚步未曾停歇。而中国“天眼”将向全世界开放,成为“地球之眼”,继续为人类探索宇宙起源、演化和未知的奥秘。
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