中國“天眼”：大不是目標敏銳才是能力

　　中國“天眼”——坐落于貴州西南喀斯特窩凼的中科院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），相當于30個標準足球場的面積，成功超越了美國于上世紀70年代建造的305米口徑Arecibo，成為當之無愧的世界之最，也成為截至目前地球上最大的機器。然而，建造大口徑射電望遠鏡并非科學家們追求的目標，天文學家們渴望弄清楚遙遠的深空究竟隱藏了多少尚未發現的物質。

　　“我們的征程是星辰大海”，應“九三學社”邀請，中國科學院探月工程總體部首席科學家嚴俊，在12月6日“科普中國-科學大咖面對面”活動中這樣表述。

　　為了辨析“深空微塵”，1993年參加國際電聯的天文學家們共同提出了稱之為“LT”的計劃，即建造大口徑射電望遠鏡，因為它是人類可供選擇的觀測宇宙的最佳途徑。100米口徑射電望遠鏡大約一個標準足球場大小，其探測精度可分辨小于百億億億分之一瓦特的電磁信號，相當于1/N片雪花飄落地面釋放的能量，射電望遠鏡可以感知到它的存在。

　　“天眼”實際上是更加靈敏的雷達，通過接受天體傳來的電磁波對天體進行分析判斷。與光學望遠鏡比，射電望遠鏡受到宇宙微塵的干擾更小，并可以實現全天候，全時段觀測。隨著科技的進步，人類干預宇宙空間電磁波的能力越來越強，在電波被人類徹底毀壞之前，若能回溯宇宙，或許能回答“宇宙初始來自何方？它是怎樣的狀態？”等一系列天文難題，嚴俊解釋。由此，各國研究團隊開始了新一代巨型射電望遠鏡工程的概念設計和研究。

　　嚴俊告訴來首都經貿大學聆聽講座的觀眾，上世紀90年代，中國的射電望遠鏡口徑為25米，中國的天文學家們似乎比其它國家的同行更渴望“建造一架世界一流的巨型射電望遠鏡，在國際上實現中國射電望遠鏡從“追趕”到“領先”的跨越。1993年，國際同行的討論促使中國的機會來臨，1994年，中國天文學家著手可行性研究和選址工作。

　　經過10余年的努力，2016年，中國“天眼”終于落成，但它目前尚未開啟正常觀測模式，仍在調試中。

　　“巨型望遠鏡的調試涉及天文、測量、控制等多個學科，國際上傳統的大型射電望遠鏡調試周期一般不少于4年。”嚴俊介紹，“FAST開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式，調試工作也是一項高難度、具有挑戰性的工作”。

　　常言道“尾大不掉”，FAST同樣有這樣的慣性。嚴俊進一步分析，FAST之大是優勢，使其具備靈敏度卻是難點之一。相對只有俯仰和自轉軸兩套驅動控制系統的射電望遠鏡而言，FAST僅反射面控制就需要2200多臺促動器協同動作，形成了一個復雜的耦合控制系統，牽一發而動全身。

　　FAST除了靈敏度的控制，觀測精度更是不容忽略。FAST直徑500米，但要實現毫米級的多目標、大范圍、高動態性能控制精度。這是工程師們必須接受的挑戰。

　　FAST的精度要求，還表現在觀測上。FAST建在洼地，大氣的不均勻、濕度分布幾位復雜，對光的折射影響也很大。FAST不能成為近視眼，模模糊糊看宇宙，需要矯正所有的干涉項，實現完美聚焦。所有這些都依靠調試。

　　現在，FAST的工程師們每天都提醒自己，要把FAST變成一架好用的望遠鏡，讓科學家隨時想看哪兒就能看哪兒，最后的日子依然艱辛，需要繼續努力，但他們不會忘記初心。