仰望星空 聆聽蒼穹

摘 要：本文主要探究中國在射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)領(lǐng)域的非凡成就，通過對中國自主研發(fā)的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST以及由中國主導(dǎo)、20多國共同參與的世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡SKA的建造、特點(diǎn)和作用的闡述，突顯中國實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略取得的累累碩果。

關(guān)鍵詞：射電望遠(yuǎn)鏡；FAST；SKA；創(chuàng)新驅(qū)動

近年來，我國大力實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，取得了累累碩果：天宮遨游、蛟龍潛海、天眼望星、悟空探測……中國人不但實現(xiàn)了祖輩們上天入海的夢想，更是把觸角伸向了茫茫宇宙。現(xiàn)代電子、無線電通信、計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，讓科學(xué)家們可以利用射電波（無線電波）探索宇宙的奧秘，射電望遠(yuǎn)鏡便脫穎而出了。

一、中國射電望遠(yuǎn)鏡的起步

跟美德英澳日等發(fā)達(dá)國家相比，中國射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)展起步較晚，但自從2012年綜合性能排名亞洲第一、世界第四的全方位可轉(zhuǎn)動射電望遠(yuǎn)鏡在上海天文臺正式落成，“天眼”“天籟”計劃的相繼實施，中國在射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)領(lǐng)域已取得了非凡的成就。

二、中國射電望遠(yuǎn)鏡的成就

（一）中國天眼（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）

2016年9月，中國有史以來最大的天文工程，總投資近12億元人民幣的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST在貴州竣工試運(yùn)營。FAST被譽(yù)為“中國天眼”，是我國自主建造的世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，從最初概念提出到建成試運(yùn)行經(jīng)歷了22年時間，凝聚了無數(shù)科學(xué)家的智慧與心血。

FAST的重要使命就是探測宇宙，搜索脈沖星、中性氫、宇宙分子和外星文明信號。

尋找新的脈沖星是FAST現(xiàn)階段的首要目標(biāo)。脈沖星就是有規(guī)律發(fā)出電磁脈沖信號的旋轉(zhuǎn)中子星。這種星體是大質(zhì)量恒星壽命終結(jié)時超新星爆發(fā)的產(chǎn)物，它體積小得出奇，但密度非常大，假設(shè)有一個天平，一端盛上一茶匙的中子星物質(zhì)，另一端則需要一座高達(dá)3000米的山峰才能平衡住。脈沖星轉(zhuǎn)速快，輻射強(qiáng)，輸出能量相當(dāng)于1000個太陽。它的自轉(zhuǎn)具有極其穩(wěn)定的周期，被譽(yù)為自然界最精準(zhǔn)的天文時鐘?？茖W(xué)家相信，未來脈沖星可以成為人類在宇宙中航行的燈塔，為近地軌道、深空和星際空間飛行的航天器導(dǎo)航，如此我們就不必?fù)?dān)心航天器找不準(zhǔn)方向或者偏離正確軌道了。人類此前發(fā)現(xiàn)的2000多顆脈沖星都與中國無關(guān)，但FAST才試運(yùn)行一年多時間，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并通過國際認(rèn)證11顆脈沖星了。科學(xué)家預(yù)測，F(xiàn)AST2019年正式運(yùn)行后，每年能發(fā)現(xiàn)上百顆脈沖星。全世界的射電望遠(yuǎn)鏡中，目前只有FAST有這樣的能力。

除了觀測脈沖星，F(xiàn)AST還有兩大科學(xué)目標(biāo)：一是巡視宇宙中性氫。以研究宇宙大尺度物理學(xué)，找到宇宙的邊緣，探索宇宙的起源和演化。二是尋找地外文明。2017年FAST已探測到一顆新星球，上面存在液態(tài)水和綠色植物的痕跡。隨著功能不斷升級、探測范圍不斷擴(kuò)大，F(xiàn)AST未來可以接受到137億光年以外的神秘信號，觀察范圍可達(dá)到宇宙邊緣。到時候，中國說不定真的會成為第一個發(fā)現(xiàn)外星人的國家。

（二）平方千米陣（Square Kilometre Array，簡稱SKA）

盡管FAST具備看得遠(yuǎn)、靈敏度高、能看到微弱信號等突出優(yōu)點(diǎn)，但因FAST口徑太大，視場反而比較小，巡天耗時就會比較長，如果想要盡快把天空看一遍，則應(yīng)該用口徑小、數(shù)量多的射電望遠(yuǎn)鏡陣列。大型陣列望遠(yuǎn)鏡造價極高，運(yùn)行耗電極多，數(shù)據(jù)處理量極大，采用國際合作的模式是一個不錯的選擇，平方千米陣（SKA）就此應(yīng)運(yùn)而生。

SKA是由數(shù)千個較小探測裝置組成的巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列，它采用高頻碟狀、中頻孔徑和低頻孔徑三類天線陣列，分布范圍大于3000公里，形成一個總面積1平方千米的巨大信號采集面。SKA擁有史上最高的圖像分辨率，靈敏度高于任何現(xiàn)存射電望遠(yuǎn)鏡50倍以上，并能以高出1萬倍的掃描速度完成巡天掃視。該項目投資達(dá)20億美元以上，吸引了20多個國家的約100個組織參與其中，總部設(shè)在英國，現(xiàn)已同時在澳大利亞和南非開建。計劃到2020年，SKA的部分陣列將開始進(jìn)行科學(xué)觀測，2030年左右實現(xiàn)完全運(yùn)行，屆時SKA將有2000多個高中頻反射面天線和孔徑陣列以及一百萬個低頻天線，用以幫助人類探測繪制宇宙地圖，發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)無邊的空間盡頭，解答宇宙起源和演化的基本問題。

2018年2月，由中國主導(dǎo)研制的SKA首臺天線啟動，這標(biāo)志著中國在SKA核心設(shè)備研發(fā)中發(fā)揮著引領(lǐng)和主導(dǎo)作用。中國作為SKA的10個項目創(chuàng)始國之一，從一開始被看不起，只讓做最基礎(chǔ)的天線座架，到后來憑借成本、性能、技術(shù)成熟度和工程可實施性等顯著優(yōu)勢全面主持主導(dǎo)SKA工程核心技術(shù)研發(fā)，為世界成功提供“天線解決方案”，體現(xiàn)了中國在射電天文領(lǐng)域的技術(shù)邁進(jìn)和突破，也為中國今后牽頭和主導(dǎo)國際大科學(xué)工程積累了豐富經(jīng)驗。

三、結(jié)語

FAST和SKA，一個是能“觀六路”的“中國天眼”，由中國自主研發(fā)；一個是能“聽八方”的“世界之耳”，由中國引領(lǐng)主導(dǎo)。兩種射電天文望遠(yuǎn)鏡功能互補(bǔ)，都是人類觀測宇宙不可或缺的工具，都將為人類認(rèn)識宇宙提供歷史新機(jī)遇，都奏響了中國創(chuàng)新驅(qū)動的最強(qiáng)音。仰望星空，聆聽蒼穹，China ready！

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳芳，胡喆，白林.從參與到主導(dǎo)：十年煉就”中國之眸”[N].河北日報，2018-02-07（05版）.

作者簡介：陸師禹（2000-），男，江蘇泰州人，江蘇省泰州中學(xué)高中學(xué)生。