FAST即将竣工，如何正确谈论贵州这个山一样大的望远镜？

寒冬开梅

2016年07月01日 15:32 　　出品：科普中国

　　制作：银河路16号团队

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　六月以来，美国天文界哀音缕缕，300米口径的阿雷西博(Arecibo)——全球现役最大球面射电望远镜，因为经费不足，恐遭关闭之虞。而与此同时，中国天文界凯歌高奏，500米口径球面射电望远镜(FAST)，在7月3日就将拼好最后一块反射面板，坐稳球面射电望远镜的头把交椅。老炮唱罢，新腕登场，河东河西的轮转，或许凭此可见一斑。

　　

　　(阿雷西博望远镜)

　　

　　(FAST)

　　十几年筹备，五年半施工，这口金属大锅从科学家的大脑到贵州省的山坳，已经渊默如海地孕育了二十多年。今年九月，修满出山，巨鼎开锅，铺天盖地的宇宙电磁波就要涮起来了。这部长篇的断章谁都略晓一二，不过你想不想赶在九月竣工，媒体再次蜂拥前，给饭局提供一些更加有形有款，有里有面的谈资呢？比如：

　　?FAST是最大的射电望远镜吗？

　　?FAST即将拼好的“主动反射面”究竟是什么？如何极富创意？

　　?除了科研价值，大型天文工程还能为普通民众带来哪些好处？

　　好了，聊完这三点，你在饭局上的知性达人形象估计就基本树立了。闲言少叙，锦囊如下。

　　是最大的，也不是最大的

　　按口径尺寸给望远镜排座次，评出最大，以示博识，此举在饭局上确实颇受垂青。然而，万一又有人人云亦云地说“FAST是全世界最大的射电望远镜”，甚至加上一句，“之前最大的是阿雷西博”，坐在角落里的你，千万不要忘了补刀。

　　你只需幽幽地说：“其实，最大的单个射电望远镜是前苏联的RATAN-600，直径576米。”不过，也别忘加上一句：“当然，FAST是球面射电望远镜里最大的。”

　　不同种类的望远镜，各有最大。有时话说快了容易忽略种类限定，专业人士都难免。RATAN-600是十分罕见的带形射电镜，非主流，影响小，但口径确实够大。FAST和阿雷西博也是少见的球面射电镜，但主流，影响大。更多的射电镜是抛面的，口径要小不少，最大的绿岸(Green Bank)也只有110米。

　　

　　(RATAN-600)

　　

　　(绿岸望远镜)

　　除了这些探测无线电射电镜，还有探测可见光的光学镜，口径就更小了。此外，单个望远镜还能被连起来，综合数据，组成阵列，形成一个虚拟的超大望远镜。这种阵列，有些纵横寰球，形成的虚拟镜，比起RATAN-600，又大得不可以道里计。

　　

　　(望远镜阵列)

　　各类望远镜各有专攻，口径和性能并不完全相关，名垂天文史册的望远镜也不一定是当时最大的。

　　总之，锦囊之一：FAST不是最大的射电望远镜，但是最大的球面射电望远镜。

　　一个巨碗，滚在一口大锅里

　　找一个山谷，架起一口锅，在金属的巨耳里，听宇宙的呼吸。这些话拿到饭局上聊，似乎已经缺乏燃点。谁没看过《007?黄金眼》、《超时空接触》，甚至《异种》之流的香艳科幻片呢？阿雷西博望远镜架在波多黎各的青山翠谷中，已经五十余年，路人皆知。FAST有什么，不就是一口大了200米的锅？

　　不，不止于大，坐在角落里的你一定要说：“那口锅是死的，这口锅能动。”

　　同样是在大圆坑边竖起圈梁，挂下支撑索网，再在索网上铺设几千块反射板，形成一个半球面。

　　

　　(FAST的圈梁)

　　

　　(FAST的支撑索网)

　　

　　(FAST的反射面板拼接进行中)

　　

　　(FAST的反射面板拼接完成)

　　然而，阿雷西博的球面不能动，但FAST的能。

　　这有什么区别吗？

　　区别很大。抛面不同于球面：电磁波平行入射进来，抛面将其聚于一点，球面却只能聚于一线。而只有聚焦处，才能用馈源接收信号。

　　于是，不能动的阿雷西博先用了一根巨棍状的馈源，沿焦线接收，效果不佳，后来升级为穹顶状的馈源，通过复杂的光路，将焦线间接聚为焦点接收，效果不错，却足有好几百吨重。

　　

　　(《007?黄金眼》中阿雷西博的棍状馈源)

　　

　　(《超时空接触》中阿雷西博的穹顶状馈源)

　　这种麻烦，FAST没有，因为FAST的球面下，有一套精妙的促动器系统，像从地面生出的2000多只大手，拉动支撑索网，也就拉动了反射板，让500米直径的球面各处，都可以局部变形为300米直径的抛面。

　　

　　(FAST的促动器)

　　于是，FAST动起来了，眼观六路，视角不小，而且接收信号轻松很多，只用一个30吨重的小馈源就好。

　　

　　(FAST的红顶馈源)

　　此即所谓“主动反射面”技术，世所未见，是FAST的三大自主创新之一。

　　总之，锦囊之二，套用FAST项目科学家的名言：“主动反射面”，就是让一个300米的碗，滚在一口500米的锅里。

　　英雄迟暮，美人初妆

　　美人初妆的FAST尚未登场，科学家早已兴冲冲地告诉你：有了它，我们可以探测脉冲星、中性氢、黑洞吞噬小天体，探索星体演化、宇宙起源、外太空智能生命，还能和遍布祖国各地的其它射电镜组成阵列，形成虚拟的超大望远镜……

　　可是等等，饭局上肯定有人说：“除了外星人，都听不懂，这些大型天文工程，到底和我们这些平头百姓有什么关系？”

　　不妨再看看英雄迟暮的阿雷西博吧。它发现双脉冲星，间接验证引力波，荣膺诺贝尔奖，以及更多天文学的丰功伟绩姑且不提，多少激动过普通人心灵的电影、剧集、唱片、旅行图册都借助了它史诗般的恢弘，已不胜枚举。

　　如今资金难觅，阿雷西博面临退役，极端 意见甚至包括爆破炸毁。在波多黎各，无数曾因它改变人生轨迹的年轻学生为此痛心，一个在阿雷西博城长大的非专业人士说：“我长大的过程中，一直知道，城南的山里，有伟大的科学正在完成。”

　　它是一个国家的灵感和骄傲。

　　总之，锦囊之三：相信这也是FAST将带给我们每个人的。