第一次,人类终于可以说:“外星人,快到‘碗’里来”

这是历时近十年竣工的世界上最大的射电望远镜,也是迄今为止,人类所建造的最壮观的地面望远镜。

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昨天,贵州黔南群山中的FAST望远镜工程大窝凼台址现场,4450块“拼图”中的最后一块反射面板缓缓起吊,被顺利安装在索网上。至此,FAST主体工程全部完工。

FAST全名叫“500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)”,这是历时近十年竣工的世界上最大的射电望远镜,也是迄今为止,人类所建造的最壮观的地面望远镜。这口藏在深山里的“锅”,就像一只敏锐的耳朵,能够帮助人类倾听来自遥远星尘最微弱的声音,洞察宇宙的奥秘。

第一次,人们终于可以说:“外星人,快到‘碗’里来!”

为此,我们翻越重重山岭,来到了位于贵州黔南深山里的“大窝凼”,拜访这口当时还在建造中的银色巨锅。我们围绕着它所包含的雄心和抱负、智慧和心灵,采访了涉身其中的一系列科学家,还原了这个最大射电望远镜修建的艰辛故事和科学传奇。也许它即将成为我们观察宇宙最新的一个暴风眼,从这里,我们可以回到未来,可以理解外星文明,可以探测暗物质与暗能量,探测引力波,可以理解我们的前世今生,理解我们史诗中久远的吟唱和科幻中对未来的描述。

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昨天,FAST 主体工程全部完工

1. 克度

贵州省南端有一座叫克度的小镇,坐落在几百万年前形成的喀斯特丘陵之中。这些丘陵的高度在870米以上,天气好的时候从高空往下看,被环绕的小镇就像是一口锅的锅底。镇上有一条主街,一家卫生院,以及一所初级中学。从主街望去,几家挂着粗糙霓虹灯招牌的酒店,分别冠以“某某天文酒店”、“国际天文某某酒店”的名称,街头的一家五金店、建材店和餐馆也用上了“天文”的字眼,仿佛一家庞大的企业集团控制了整个镇的产业。

其中一家号称全镇最豪华的酒店,拥有30间客房,老板姓邓,同时也是隔壁一家大型超市的主人。酒店客房里的食品种类因此变得尤其丰富,能找到薯片、糖果甚至辣条。但不幸的是,这家酒店开在了主街的学校对面,每天早上七点和晚上九点二十分,铃声大作。

除了讨厌的铃声,邓老板喜欢这里的一切。轰鸣而过的渣土车、拉着建材的皮卡和巨型的采石场的工程车,还有夹着皮包吵闹着没有好饭店的包工头、操着浙江口音的大理石矿主和开着北京牌照的中巴车司机,他都热情如故。

甚至连自己的竞争对手,镇里杨开林开的克度镇阳光旅社、罗川新开的三层“新农村饭店”以及王贤忠用祖屋搞的农家乐也没让他不高兴,他喜欢这种生机勃勃的感觉。之前他在妹夫的矿上工作,负责将大理石矿挖掘出来,切割成一块块巨大的长方体,再装车运走。而现在,他的命运改变了,这个在黔南不知名县城的酒店老板每晚都能有3000元的流水收入。

他是个天生的商人,他设法让自己的酒店成为传言中天文台工程师和科学家的定点酒店——从来没有任何人承认这一点。他将反复与你回忆央视某个摄制组前来下榻的情形,“中央10套,你知道吧?”最后谈论他广泛的人脉,声称能把想去看望远镜的人弄进去,“你们自己进不去。”

这里是平塘县克度镇,一个正在快速发展的小镇。在与这个镇子直线距离5公里的丘陵中间,是即将建成的世界最大口径射电望远镜:500米口径球面射电望远镜(Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope,简称 FAST )。它体积巨大,塞满了整个山谷。未来,科学家将通过接收来自宇宙空间的无线电波,观测更遥远的未知天体。很难想象,在一个偏僻县城正做着也许有关人类未来的事情。

我婉拒了邓老板带路的热情,表示已经提前预约,获得了进入的许可。他露出失望的表情,拒绝了一位来超市买烟的人,“许可证还没办下来,要尽快了。”他打赌未来将会有源源不断的游客前来。

“这个东西有前车之鉴,你看美国那个什么哈雷。”

“哈勃望远镜?”

“嗯,它以前不就人少嘛,现在一下人那么多。中国人什么都求大,去北京看鸟巢、长 城,也没什么好看的。中国人就喜欢大。”

2. 大窝凼

当地人告诉我,当车子经过一个叫“牛角”的地方注意拐弯,那里是去往 FAST 的标识。当地政府在这里专门修建了一条8米宽的大道,通往望远镜所在的天坑——或者当地人所说的“大窝凼”。

我一直没发现那个路口有像牛角的地方。只是越往前走逐渐人烟稀少,随处可见废弃的木质结构房屋。路过一块写着“桃源洞”的牌子,我下了车,穿过一个几百米的漆黑山洞,突然眼前出现一个大天坑。它大概定义了“世外桃源”的真正含义:四面环山,仅仅有一个山洞与外界相连,天坑底部种着蔬菜和庄稼,几栋木房子。

这也是 FAST 在这附近选址的原因之一。FAST 覆盖的无线电波段范围从70MHz到3GHz,包括了调频收音机、手机、蓝牙,甚至是卫星导航、雷达发射的无线电波。不说手机,就算是附近使用电器,或者几十公里外有飞机向地面发送信息,在 FAST 那里会造成一场电磁风暴。

要做到无线电静默,为此5公里范围内,将有2029户,9110人需要搬迁。在此之前,他们大多居住在窝凼里,靠种地为生,山外的商贩不时进山收购生猪、玉米,倒卖化肥和饲料,很多出嫁的姑娘就是从一个窝凼嫁到另一个窝凼。

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当地居民搬迁后,留下的空置房屋

这或许不是一个艰难的决定。一个年轻人经过我时,咧着嘴对我笑,我说:“这里风景挺好的。”他反问:“好在哪里?”他早就想出去了,这次正好是个机会。

外出打工人口的增多,对世面的见识,让年轻人看到了眼前的机遇—一个在镇上拥有两层楼房,享受现代城市生活的机遇。他说原来的房子就空在那,拿到拆迁款就去县里,那里的娱乐和消费给他们留下了深刻印象。一位科学家对此有过精确的表述:“他们渴望了解外面的世界,就像我们渴望了解宇宙。”

但对每个平塘县居民来说这是一种混和了各种复杂因素的决定:村干部模范带头作用式的搬迁、为补偿款多少大动干戈式的搬迁,有的人在镇里的大发展中找到了工作,有的人纯粹因为迫于周围人的压力。

无论如何,他们对外的论调是一致且坚定的:68岁的杨朝礼因为“大窝凼”的名字将传遍全世界,他感到骄傲和自豪;一位叫杨佑富的村民则在自家门上贴上了“社会改革看大射电已定此方,难道说来年可观星相应;科学发展把天文台安到这里,莫非是今朝望月团圆。”的对联。正在路边修路的工人简福顺则表示:“到时候,哪怕摆摊卖炸河鱼和炸洋芋也能赚几个钱吧?”

在一个叫石板寨的村子,一位上了年纪的大爷在一所大宅子的前院剥玉米,院子是当地难得的大块石板铺就,避免了贵州多雨天的一地烂泥。周围桃树和梨树的生长显示出主人的 细心照料。家对面两层楼的小学已经废弃,台阶上长满了苔藓,墙外的一块黑板报写着《避孕节育知情选择》。之前我并不知道,粉笔字居然可以在户外保留那么久。旁边贴着的《拆迁补偿通告》倒是被撕得少了一块。

他热情地邀请我吃饭,并且拿出了他有的最好的食物—一点腊肉。他诉说对自己即将失去田地的担忧,就像所有的故事一样:打工、 离开、再也不回来。他显然比年轻人更敏锐地意识到,新的生活方式将要带来的冲击,这种冲击的影响也许很快,也许很久才会显现。

这让人想起了那位科学家话语的另一面:对一个新生的文明即将暴露在整个宇宙间的忧虑。

类似的故事总能从老人的口中听到。76岁的陈有理从小在“大窝凼”长大。后来有一天,他的孙子拿着一张报纸,兴奋地对家人喊:“克度要建望远镜了,全世界最大的天文望远镜!”他想,修建再大的望远镜,和普通老百姓有啥关系呢?后来他发现还是有关系的。很快他们全家搬迁到了镇上,那些没有外出打工、赋闲在家的劳动力,也被当地公路管理部门雇用,为望远镜的建设修路。

他再也没有回到过“大窝凼”。

3. 雄心

在天坑群中绕了几圈,我终于远远望见了 FAST 项目的大门:一个简单的门框,并没有门。四周也没有高耸的围墙和层层警卫,倒像是城市里经常见的,商品房的建筑工地,只不过是一个大号的建筑工地。

两个保安挥挥手让我们停下。我告诉他我跟负责人约好下午碰面。

一个保安问:“谁?”

我又说了一遍。他表示没有听说过这个人。“你们自己进不去。”我耳边想起了邓老板的话。

我给负责人打了电话,他在电话里跟保安说了一 通,保安一脸不情愿地放了我过去。后来我才知道,守大门的都是当地的协警,他们比较喜欢放自己人进来。后来天文台看着漫山遍野的人有些绝望,最终决定雇佣专业物管公司的保安“这是他们当班的最后一周,可能心情不好。”驻扎在这里的科学家们说。

这里是 FAST 项目的临时指挥部,四十多平米的院子,盖了两层的简易住宿楼,大概能容纳三四十个人。一只土狗懒洋洋地趴在地上,严谨的科学家甚至为它出了一份文件:《 FAST 现场养犬管理办法》。也许是经常爬山的缘故,这里的科学家显得比城市中见到的那些更加健康,至少他们都穿着运动鞋和宽松的裤子,一个人看着我的牛仔裤摇了摇头。他们一部分来自北京,一部分来自贵州当地,有做工程的,也有做科学研究的。你很难将他们区分开来——也许只有在吃饭的时候可以。食堂的厨师是当地人,喜欢在所有菜里加上红绿双椒,北方来的科学家总吃不惯,经过多次投诉,这里的做饭师傅才稍加收敛。

吃不惯饭菜显然是他们要适应当地的所面临的最小问题。随着来参观的人越来越多,望远镜的修建者发现了一个颇具讽刺意味的事实:最初选择这里是因为人烟稀少,但因为望远镜的修建,这里反而变得越来越热闹。

当地政府组织了“迎 FAST 工程竣工新年健身”为主题的广场舞活动,平塘供电局组成“天眼”服务队,专为 FAST 服务。FAST 尚未完工,但位于 FAST 项目东南方向海拔1121.5米的山峰上的观景台已进入竣工的倒计时。

更庞大的投资在望远镜的周边聚集。启动的平塘县国际射电天文科普旅游文化园项目总面积300公顷,计划总投资24亿元,其中包括了漩涡状星系广场、中轴迎宾广场、FAST 访客服务中心、天文体验园、暗夜观星园、天文教育园、天文时光村、平塘星酒店综合体、星辰主题酒店、万国风情美食街等15个项目。为此征收了763亩土地、迁坟322座、拆除房屋20600平方米。

一家英国媒体称“中国的巨型射电望远镜是其远大科学雄心的象征”,但他们显然没有注意到,旁边的工地上,展示了另一种雄心壮志:它既勾勒了一幅恢弘盛景,又有别于望远镜,清晰展示了这一长远战略的潜在回报。

一位叫做清亮的年轻人负责带我参观望远镜。身材瘦削,戴着眼镜,看起来很好相处。他递给我一顶蓝色的安全帽,“千万别脱下来。”他出生在贵州,大学学的是计算机,毕业以后去了上海的一家台资企业,工作不是很愉快,这让他总想离开。国家天文台在贵州的望远镜项目给他带来了机遇。一方面,贵州即将组建天文台,他将进入编制。另一方面,不同于那些即将离开故土的村民,这意味着他可以回到家乡,他的父母就住在几个小时车程之外。

本地籍的天文工作者似乎也更能够坚持经年累月等待电波信号。他们把这当成了归属,准备全心投入进去。清亮全程记录了望远镜周围环境,安置在附近山顶的摄影机,他每隔一两天就爬上去取回。他的一位同事,严谨地规划了5公里范围内的种菜方案,他清楚周围每一颗果树的位置,以及哪一颗的果子最甜。同事们还计算过,这么大的锅做蛋炒饭的话,全世界的人每人能吃上三两,倒上葡萄酒,每个人能喝上二两。

他们将过上某种清苦的生活——不是指食物,而是与现代文明的距离。FAST 周围5公里是无线电静默区,将会把人类文明的痕迹减少到最低。他们将禁止使用任何电子设备,没有WIFI、手机、电磁炉,电脑只能有线上网。FAST 的观测中心设在两道山以外。FAST 获取的信号通过光纤传输到观测中心,再传送到外界,全程不能用无线装置。

为此他们设想过在没有手机的情况下,如何在这么大的空间里找另一个人,最后的解决方案是安装喇叭,像村广播一样播报:“某某某,请速来指挥部。”

在他们中间,一个广为人知的故事是,位于澳大利亚的一座射电望远镜,号称发现宇宙信号并发表了论文。事后却被证实,它接收到的是无意启动的微波炉的信号。另一个有趣的故事是美国绿岸望远镜,它的无线电静默区受到电磁辐射超敏感人群的欢迎。这些人认为暴露在电子装置产生的无线电波环境下会导致一系列健康问题,于是他们一起住在了附近的镇子上。

“我们曾经想过,实在不行,在半夜三更的时候停一下电。一停电所有的电磁干扰都没了。”我们碰到了国家天文台副台长郑晓年,他正大声呵斥那些混进来的游客。“当年要建的时候,谁能想到现在人手一台移动电话。”

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中科院国家天文台副台长 郑晓年

他需要解决的问题还包括打消当地政府修建机场、铺设轻轨的欲望,但阻止游玩的人携带手机也许最令人头疼—没有手机没法拍照。

“总不能,中国人花了11亿,建了世界第一大摆设。”他说。

4. FAST 望远镜

我和接待我的清亮一边聊,一边沿着临时指挥部的另一条岔路往下走,这条路修得很宽,显然有一些大型机械需要从这里通过。走了大约四五百米,转过一个弯,迎面而来的,不出所料—又是一个熟悉的大坑。

但坑里面,放了一口巨大的锅,人类有史以来最大的一口锅。

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25万平方米的银色反射面在太阳的照射下闪着光芒,6座百米高的支撑塔矗立在四周,周长约1.6公里的钢结构圈梁由50根钢柱支撑在半空,像是给它镶了一道银边。它仰面朝天,占据了整个山谷。

我走到钢结构圈梁的边缘,小心翼翼地从一个入口走了上去。它几乎是一个1.6公里钢铁环形跑道,跑道上是密密麻麻的洞眼,可以清晰看到脚底下深深的山谷。虽然清亮告诉我们这里结实到可以跑步,所有人仍然扶着栏杆慢慢地走,一个电视台的记者强忍着上去拍了几个镜头,就飞速跑了下来。

我们绕着圈梁走一圈,大概花了40分钟时间。仔细观看被圈梁包围在中间的巨大反射面,它并不是一块完整的无缝面板,而是由4千多块三角形的反射面单元拼接而成。现场巨大的吊车把面板吊起,再放到固定的位置。这有点像玩七巧板,只不过这七巧板每块重达约450公斤,边长在10至12米左右,面积相当于一个房间的大小,需要10个工人才能抬起。

最为奇妙的是,整个反射面并不是固定在山谷底部的,而是由一套索网结构拉起来的,显示出一种非常美妙精巧的力学。清亮给我们指指索网的节点,“那都是可以动的。”它总共使用了6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索,总重量约为1600余吨。它们在反射面的底部,就像一张大网,把整个“锅”兜了起来。

因为这种史无前例的设计,使 FAST 成为一个能够改变观测方向的射电望远镜。它不只是一个死气沉沉对着一个角度的“锅”,而是可以通过索的拉动,变换三角形反射面板的位置,它是一个“变形锅”。在未来,科学家可以根据观测天体的方位,利用促动器控制下拉索,在500米口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面,观测不同角度的天体。

我去的时候,反射面并没有完全铺完,在望远镜的正中间,留了一部分—也就是谷底的位置。依稀可以看到有很多工程人员在那里忙碌。我们从圈梁下来,专门去把车开来,沿着螺旋的水泥路往谷底开。

下到谷底,才真正近距离看到了银色反射面的样子。在圈梁上,是站在锅的边缘往下看,在谷底,是透过反射面往上看。这时候才发现反射面也不是一块镜面,而是一块遍布小洞的铝制面板—据说打孔是为了减轻重量。在谷底正中间,是一个四五米高的铁家伙,里面装有各种仪器,我们很奇怪这个笨重的东西将会放在有着完美弧线的反射面的什么地方。

“它将会被六座铁塔伸出的六根索吊起来。”清亮竖起了食指,指了指头顶,“悬在望远镜的正中间。”我顺着他的手指仰头,依稀觉得像是六根魔法塔把能量都集中到这个东西上。这个东西叫馈源舱,未来望远镜反射面收集到的信号就会传输到这里,就像 一颗冉冉升起的大脑。

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馈源舱

我们被禁止攀爬那六座钢筋的铁塔,据说那里拥有不错的风景,我们改上了一座被科学家们称为“光明顶”的山顶。FAST 周围的山体都被保护得较为完好,上面是郁郁葱葱的绿树,只有这一块山体,因为不稳定,经过炸药和维护的洗礼,已经只剩裸露的岩石,顶上也被炸平了。“你说我们是不是应该找企业赞助,在锅上打广告——这么大的广告全宇宙都能看见。”郑晓年饱受缺资金之苦。而这里的科学家似乎都知道,目前在波多黎各岛山谷中的那个世界最大的射电望远镜,007系列电影《黄金眼》曾经在那拍出了经典镜头。

采访的时候,FAST 已完成94%以上的面板安装,整个工程进入收尾阶段。FAST 建成后,将和中国现有的其他5个射电望远镜(北京,口径50米;上海有两架,口径分别为65米、25米;乌鲁木齐,口径25米;昆明,口径40米)组成一个甚长基线干涉测量网—一个能够观测天体构造的高清系统。

FAST 的优势科研领域覆盖了当今射电天文的三大主流热点方向:宇宙演化、探测脉冲星和星际分子。它建成后能以很高的灵敏度巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星、探测星际分子,甚至还可以搜寻地球外生命,也就是我们朝思暮想的“外星人”发出的星际通讯信号。

荷兰国家射电研究所资深研究员、阿姆斯特丹大学荣誉教授理查德·斯特罗姆博士说“天文学一般都是国际性的项目,FAST 作为国际一级的望远镜,将会有世界各国的科学家来使用。相信以后的许多科学研究成果都将会由此产生。”

射电天文学是天文学的前沿分支,射电天文观测产生了近一半的天文相关的诺贝尔物理学奖。特别是在最热的脉冲星领域,已经诞生了两项诺贝尔奖,而 FAST 预期将发现双倍于人类已知数量的脉冲星,因此极有可能在广义相对论和引力波探测方面取得重大突波。FAST 将为中国科学家挖第一桶金,为射电天文学研究提供前所未有的机遇。

“我们已经开始调试了,获得了一些数据。我们也希望,中国人能弄出来一些东西。别先让外国人弄出一个,丢死人了。”郑晓年说,“丢的是中国科学家的脸,但也证明望远镜还是成功的。”

5. 大工程

和别的科学工程一样,这座望远镜开始建设时也没有任何喧嚣。工程开始建设时,首先进行的是地质勘查、岩土研究和遥感图绘制。到2011年3月正式开工之前,克度镇附近的居民谁都没有听到过机器的隆隆声。人们首先听到的是炸药把破裂的岩壁炸掉的声响。勘探人员发现这段山体不稳定,鸡蛋大的石头往下滚,于是炸掉之后用土方石填塞,再喷射混凝土。

最早前来“大窝凼”勘探的工程人员之一,是台址勘察与开挖系统执行总工程师——朱博勤。起先他在遥感所工作,后来参与到这个工程中。他身材高大,非常健谈,认为参与到这项大科学工程是一种荣幸。1994年初次来到“大窝凼”的时候还是毕业不久的青年科学家,现在已经快50了。天文的工程项目跨度很长,他称 FAST 项目是“世界地面最大可动工程”,这样的机会一辈子只有一次,如果不是参加这个项目,现在可能也不在天文台,他总是这样想。

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台址勘察与开挖系统执行总工程师 朱博勤

朱博勤和同事通过卫星遥感图筛选出将近300个坐标,再根据天文台的细化要求—比如坑的直径要有500米,最后缩小到15到16个。接下来实地全部走一遍,当时路不好,一天最多也就走两个窝凼。相比人文环境,他更多查看窝凼有没有落水洞、有没有地下河。最后,专家选定“大窝凼”,因为它不大不小,深度合适,形状很圆,适于施工建设。

“‘大窝凼’的岩石有足够的承载强度,喀斯特地质条件可以保障雨水向地下泄流,避免损坏望远镜。”朱博勤说。同时,喀斯特峰丛洼地的地形大大降低了挖掘成本,整个工程做下来花了1.2个亿,这是非常小的数字。

接下来的吵闹声是各种重型机械的进驻,光是把33米长、70吨重的钢框部件一块块从沿海运送到山区,在狭小的坑里吊起、拼合就极为困难。

天文台找来了几乎国内最顶尖的工程施工方,为圈梁钢结构安装江苏沪宁钢机,索网工程柳州欧维姆机械,还有进行馈源塔制造与安装的青岛东方铁塔。来自河北的一家焊接公司的师傅骄傲地向我宣称,他们手艺是最好的。原因在于史无前例的“大”导致的结构复杂,吊装困难,材料能力不足等。但这并不仅仅是中国要在口径上胜人一筹,更重要的是要研究射电天文学,越大,真的是越好。

相比较哈勃太空望远镜,它是用光来“远望”可见宇宙,但是射电望远镜更像是个“耳朵”,“收听”太空深处物体发出的无线电波。无线电波也是一种电磁辐射,波长非常长,从大约一毫米到一百多公里。这些宇宙信号在太空中穿行遥远的距离,因此非常弱。这就是为什么射电望远镜必须要大的原因——口径越大、可接收的信号就越多。

在此之前,FAST 项目馈源支撑系统总工程师孙才红和同事设计出了一个30吨重的馈源舱,25万平米抛物面用来反射信号,馈源舱用来接收信号。这并不是全世界最重的一个馈源舱,美国阿雷西博望远镜的馈源舱重达千吨——它被固定在3塔张紧的索系上。

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FAST项目馈源支撑系统总工程师 孙才红

孙才红的设想是用周围的六座铁塔,支撑六根钢索悬吊这个30吨重的馈源舱,通过塔下机房内的卷扬机收放钢索,驱动馈源舱在一个距离地面高140-180米,直径为207米的球冠面上运动。也就是说,这个30吨的东西是吊悬在空中的。他有机会去实现自己的设想,但并无先例可循。

2010年8月29日的下午,孙才红在内蒙古正镶白旗参加会议,突然从哈工大传来消息,前期做的所有索网实验,全都失败了。这就意味着馈源舱无法被拉起,也意味着望远镜根本无法使用。他说他从未感到这么焦虑。这个总是乐呵呵的总工程师后来在当地一档“五一劳动节劳动颂歌”的栏目里说得很诚恳:“就是吃饭有时候感觉吃得不那么香,睡觉有时候不那么睡得着。”当时索网疲劳问题由一个叫姜鹏的年轻人负责。他来天文台才一年,研究方向是力学,差不多每年要从北京飞10趟“大窝凼”,一次待20天左右。他为人直率,有点倔,只喜欢研究技术问题。“其他的我不关心,我只想做索。”

他之前项目所用的索,包括斜拉桥上的钢索,其强度都是200兆帕、200万次弯曲的。但 FAST 的钢索上需要装上反射面板,需要经常调换角度,不断拉伸,再加上 FAST 至少需要应用三十年,所以设计人员提出了安装强度为500兆帕、200万弯曲次数的钢索。这意味着他需要和合作单位把材料的技术工艺提高到一个恐怖的水平。

他只想做好索,天文台恰好给了他机会,他就很乐意接过手来。失败反复多次,比如当他们试验到350兆帕的时候,仅弯曲6万次就失败了;他们如果做一次200万次的弯曲试验,就需要10天。最后他又找到了柳州欧维姆机械股份有限公司,他提出设想,那边负责实验。最终满足了 FAST 的要求。同时公司本身还申请了12项新的专利。如果这种钢索使用到斜拉桥上,将大大提高桥梁的质量和寿命。

“刚刚好。”姜鹏说,强度再多提升一点都做不出来。这只是 FAST 项目中的一环。在望远镜的身上,涉及了中国众多高科技领域,如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。

“FAST 的灵敏度可达目前世界最大射电望远镜,美国阿雷西博望的2倍,巡天速度是它的10倍。”李菂是 FAST 项目科学家,他在 NASA 和世界最大空间望远镜(Herschel)都待过,在2012年回国担任了 FAST 早期科学研究的主持。他是一位年轻的具有想象力的科学家,曾经把自己和学生发现的2颗新的毫秒脉冲星信号做成了音乐。“ FAST 预计对国际同类设备至少可以保持二十年以上的领先地位。”它将会探测宇宙中的遥远信号和物质,宇宙中间的气体、微波激光以及脉冲星,实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解,满足人类对于未知宇宙的好奇心。

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FAST早期科学的主持科学家 李菂

我和现场所有的科学家、工程师、建筑工人站在一起,在 FAST 望远镜的最底部,透过还没有完全合拢的反射面向上看去,看到这个庞大的令人难以想象的大科学工程在遥远的山谷里建成,充满了人类文明的痕迹。

6. 南仁东

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首席科学家兼FAST总工程师 南仁东

十多年前,从克度镇爬两个多小时的山路,穿过泥泞的小路,就来到了“大窝凼”,那个时候还叫“绿水村”。四周的青山抱着一 片洼地,山上郁郁葱葱,几排灰瓦的木屋陈列其中,鸡犬之声不绝于耳。村里12户65口人居住在这个不通电的封闭世界里。

直到有一天,一个叫南仁东的北京天文台研究员来到这里。

没有人知道他是谁,这个五十多岁的男人后面跟了一群人,中国的外国的,到处走走摸摸。最后他站在窝凼中间,兴奋地说:“这里好圆。”

他中等身材,皮肤黝黑,唇上留着一撮小胡子。年轻的时候会打扮,有一件很贵的皮夹克和一身超越八十年代大众审美的白色三件套西装,他更像是一个艺术家而不是科学家。他声称自己不大与学生交流,基本态度是充分自由,但如果你挺能折腾,又有点儿绝活的话,会获得他的另眼相待。他几乎走遍地球上的每个角落,在好几个国家工作过,即便现在上了年纪,不太做长距离的旅行,但如果你去扶他,他会毫不犹豫让你滚到一边儿去。那时候南仁东已经在国际的天文专业领域里小有声名。1990年他在日本国立天文台当客座教授,一天的薪水相当于国内一年。北京天文台需要他,他就回来了。他的感觉是有人的地方哪里都一个味儿。

1993年,在日本东京召开国际无线电科学联盟大会上,科学家希望在全球电波环境恶化到不可收拾之前,建造新一代射电“大望远镜”。南仁东一把推开吴盛殷的门—吴代表中国参加了会议,说了句:“咱们也建一个吧。”起初他们选择建造小数量大口径的射电望远镜类型。当时国际主流是建造大数量小口径。就是用几千个小口径望远镜组成的阵列。很多人并不看好。原 因一是国内很难找到荒无人烟的开阔地域,二是地质条件和工程成本、难度将会很高。

那时的南仁东经常叼着根烟,在办公室周围找人聊,觉得说得好就记一下。直到有一次,有人建议他可以看看云贵的喀斯特洼地。他迅速请遥感所出了三百多幅洼地的卫星遥感图,黄黄绿绿的图上显示当地的窝凼。凼,水坑的意思。几百米的山谷被四面的山体围绕,恰好挡住了外面的电磁波。他兴奋莫名。1994年4月,他当即就带了一群人去了贵州。

除了“大窝凼”绿水村,在1994年到2005年间,他走遍了上百个窝凼。以当时的道路条件,每天最多走1-2个,晚上回到县城,白天再跋涉过来。周边县里的人几乎都认识他,一开始人们以为发现了矿,后来说“发现外星人了。”有的地方政府很重视他们,有一天,他去了离贵阳很近的普定县,发现自己被当成贵宾。“他们比较开放,很会说话”。吃住都很好。最后选了平塘还觉得挺对不起人家,当时平塘给他的印象是“愣乎乎的”。

回来后南仁东们正式提出了利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想。当时《科学》杂志的编辑 J.Kinoshista 和科学家 J.Mervis 联合撰文:“……望远镜的山谷,天文学家梦寐以求的地方,希望投资2亿美金,在相对封闭的中国贵州大片喀斯特洼地中建造国际射电望远镜。”他知道,这种大工程的立项将非常艰难。不立项就没有钱,没有钱就没有团队。

人们记住了贵州令人敬畏的景观,但对望远镜,世界没再怎么提。

但在1995到2006年的十多年间,世界上多了一位名为南仁东的“推销员”。初期勘探结束后,大多数人都回到了原先的工作,只有南仁东满中国跑。为了寻求技术上的合作,天文台也没什么钱,他坐着火车从哈工大到同济,再从同济到西安电子科技大学。他的立项申请书上最后出现了二十多个合作单位,大概有3厘米厚。他还设法多参加国家会议,逢人就推销项目,“我开始拍全世界的马屁,让全世界来支持我们。”经历了最艰难的十多年,FAST 项目逐渐有了名气。由于他在甚长干涉 VLBI 领域的工作显示度,2006年,南仁东本人不在场的情况下,被国际天文学会射电天文分部选为主席。“我也莫名其妙。”同时,跟各大院校合作的技术也有了突破进展,这给了他底气。

2006年,开了一次科学院院长会议,听取各个十一五大科学工程的立项申请汇 报,路甬祥院长点评的话音刚落,南仁东就说:“您说完了,我能不能说两句?”。

他说:“第一,我们干了十年,没有名分,我们要名分,FAST 到底是怎么回事儿,有没有可能立项?这么多人,二十多个大专院校、科研院所。”

“秘书长,给个小名分。但启动立项进程之前,必须有国际评审会。”路院长指示。

“第二,我们身无分文,别人搞大科学工程预研究,上千万,上亿,我们囊空如洗。”

“计划局,那就给他们点钱。”路院长乐啦。

南仁东以为没有希望了,慢慢走回自己的办公室。正掏钥匙开门的时候,电话响了,是张杰院士。他说:“南老师,你别有挫折感,院长对谁都很严厉,对你是最客气的,你今天得到的比别人都多。”

果然如此。2006年,立项建议书最终提交了。在最后的国际评审中,他用英文发言,提前把整篇稿子背下来了。评审最后国际专家开玩笑:“英文不好不坏,别的没说清楚,但要什么说得特别明白。”

但有时候他也没好意思要。科学家启动项目有个惯例就是,先把预算往小了说,才好立项。项目刚开始预算只有6亿,完全不够。他没好意思开口。还是上海 天文台的叶叔华院士在一次会议上帮他说,预算是不是不够?后来就有人提议翻一番。“那时候贵州当地也不了解 FAST 的重要性,”叶叔华说。“我去贵州参加一个陨石会议,被邀请题词刻成字在墙上,她提了希望有更多的年轻人参与到贵州的 FAST 项目当中来。“他们当时把那行字放在角落里。”

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从望远镜观景台区拍摄的景致。未来,游客可以在这个角度近距离观赏FAST。

项目启动,南仁东成为首席科学家之后变得尤其忙碌。他参与到 FAST 设计的每一个环节当中,参加每一次,成员在做决定之前都要来听听他的意见。他有些完美主义,什么都想做到最顶尖,在他30岁的时候有连续七天七夜没合眼编程的记录。但他同时又是悲观主义者,要有背带,也要有裤腰带。他经常夸大困难,低估别人的能力。总觉得现在还有数不清的麻烦要解决。在后来成为他的助理的姜鹏看来,这样干并不科学。术业有专攻,在这个项目里,你要么不懂天文,要么不懂力学,要么不懂金属工艺,要么不会画图,不懂无线电,这几条你能做到一条就算不错了。但偏偏南仁东几乎都懂。

“时代造就了这样一个人。”姜鹏说。这个庞杂巨大的射电望远镜项目就像是为他而生。

他本科毕业于清华大学无线电系,上大学的时候就不安分,大串联的时候满中国跑,从北京经上海转到广州,接着是四川陕西甘肃一直越过天山,21岁到了南疆,后来经由呼和浩特回到学校。毕业后他被下放到吉林长白山附近的车间,他干过工匠,开过山放过炮,水道、电镀、锻造他都了解,最后成了无线电厂的技术科长。去的时候头发留得很长,还喜欢画画,以前画漫画,后来画毛主席像,成天被驻厂军代表盯着。

南仁东了解工业,做过计算机。最后去考了天文学的研究生,除了他从小就能知道天上星星的名字外,仅仅因为天文考试的资料很薄,他觉得也许容易考。考上了之后,他一会儿跑跑人造卫星,一会儿看看光学,一会儿看宇宙学,这让他的老师很不高兴。后来他联系了去美国访问学者,老师没有同意,把他安排去了亚洲的一个国家—印度。他傻了眼。好在不知为什么印度拒绝了他,最终去了荷兰,之后又去了日本和其它各国。直到十多年前要建望远镜,他那段时间就和光机电,就和热工,就和钢结构,就和地理地质,打起了交道。

2011年3月项目正式动工,很多人命运就此改变了。每次一去工地现场,总是趴在院子里的狗就跟在他后面,他戴着印有自己名字的蓝色头盔,跟每一个人打招呼。孙才红佩服他对技术的理解,朱博勤是他的小辈,姜鹏最终成了他的助理,清亮谈起他像在谈论某位明星,邓老板也认识他,“那个老头子,他二十二年前把这里都跑遍了。”

“我谈不上有高尚的追求,没有特别多的理想,大部分时间是不得不做。”南仁东说。“人总得有个面子吧,你往办公室一摊,什么也不做,那不是个事。我特别怕亏欠别人,国家投了那么多钱,国际上又有人说你在吹牛皮,我就得负点责任。”他拿到钱之前,吹牛,开玩笑洒脱得很,拿到钱之后就洒脱不起来了。“是不是跟很多人反过来了?”周围的同事说。

台里每个人都知道他的性格,好强,道德要求高— FAST 评审会的钱从来不拿,大学科普讲座尽量与学生会联系以拒绝酬劳,多年来在贵州支持了上百个希望工程。“我有钱,一点不缺钱”。但又总觉得别人没他聪明,谁都看不上。但他却对底层工人却有着天然的好感,欣赏他们的真诚、不讲假的,这也许是文革十年再教育留给他的人生财富或者习惯吧。

2016年9月,南仁东将重新回到“大窝凼”,在二十二年之后怀着不同的心情重新站在山头,目睹一个经历了漫长岁月项目的正式启动。500米口径球面射电望远镜面向太空,它将会发现更多的脉冲星,观察到早期宇宙的蛛丝马迹,或是尝试接受外星文明的电波。和生存在这里的人一样,射电望远镜关心的也是关于过去、现在和未来的东西。

延伸阅读 · FAST基本数据

面板:总共4450块,面板边长平均约11米左右,全铝结构,总重约2400吨,共395种尺寸。

促动器:液压型促动器,最短长度分为1.780米和1.380米两种规格,促动器数量2225个,每个重量不超120公斤。

可观测最大天顶距:40°

可观测频率:70MHz – 3GHz(未来可以升级至8GHz)

波段角分辨率:2.9角分

地理坐标:25.6525°N 106.8567°E

照明口径:300米

深度:134米

张角:112.8°

索网:口径500米,曲率半径300.4米,采用短程线分型(最均匀的球面网格划分方法)总共6670根主索,2225个主索节点、下拉索,总重约1600吨。

钢丝有效截面积:介于280mm2 ~1319mm2 之间300米。

下拉索长度:介于1米至60米之间。

采访、撰文:王天挺、Nabokov

开篇全景图提供:FAST 项目组杨清亮

摄影:张弛 编辑:FUFU、Nabokov

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