文 | 《中國報導》記者 何晶 左琳
採訪 | 解讀中國工作室
飛機落地貴陽龍洞堡機場，再從這裡出發，經修葺一新的盤山公路，乘車向南3個小時左右，會到達平潭縣克度鎮一個叫作大窩凼的小村寨，它偏遠到附近5公裡半徑之內都沒有其他村鎮了。2008年12月26日這一天，就在這裡發生了一件大事——500米口徑球面射電望遠鏡(FAST，現在人們更習慣叫它「中國天眼」)奠基儀式在這裡舉行。
彼時，距北京奧運會閉幕正好過去4個月。這一天，有幾鏟土蓋在一塊奠基石上，石頭的背面有兩行字：北築鳥巢聚聖火，南修窩凼落星辰。這一天就這樣在世界天文科技史和中國天文科技年鑑上，寫下了濃墨重彩的一筆。為了這一天，有很多人艱難執著地探尋了整整15年。
時間回到1993年，那一年，在日本東京召開了國際無線電科學聯盟大會，科學家們提出要建設新一代射電「大望遠鏡」，為10年、20年後的射電天文學發展做打算。「我們也建一個吧。」國際上提出來要建平方公裡望遠鏡，時任中國科學院北京天文臺副臺長的南仁東則跟同事提議，可以根據中國的國情，建造我們自己的大望遠鏡。
探索太空，從未停止
射電望遠鏡是在無線電波段觀察宇宙。由於無線電波可穿透宇宙中大量存在的星際塵埃(光波無法通過)，因而射電望遠鏡可以觀測到更加遙遠的未知宇宙。如果把光學望遠鏡比作顯微鏡，那麼射電望遠鏡就是CT機。通過它可以掃描宇宙空間超精細的物質信號，獲得更準確的天體結構圖。
1939年，美國科學家格羅特雷伯用一臺靈敏度很高的接收機意外發現了來自銀河中心穩定的射電輻射，從此開啟了射電天文學的大門。而為了觀測宇宙深處的生命信息，人們只有藉助更大的射電望遠鏡才能做到。
已故的南仁東在他2009年所著《FAST——500米口徑球面射電望遠鏡》一文中說，大望遠鏡的建設不是經濟利益驅動的。它來源於人類的創造衝動和探索欲望，同時針對當時的前沿熱點科學問題。例如遠在北大西洋西海岸，曾經是世界第一大、直徑350米的阿雷西博射電望遠鏡，就發現了脈衝雙星，為引力波的存在提供了證據。
FAST的誕生，數十年的摸索
南仁東的一句話，就把他自己的命運與FAST牢牢地綁在了一起。
1995年底，北京天文臺聯合國內20餘所大學和研究所，成立了射電「大望遠鏡」中國推進委員會，提出了利用貴州喀斯特窪地建造球反射面，即「阿雷西博型天線陣」的喀斯特工程概念。貴州天然喀斯特窪坑提供的條件，始終都是中國大射電望遠鏡最獨到、成為世界最大最強的基礎。此後，中國科學家們進一步推進喀斯特概念，提出獨立研製一臺新型的喀斯特單元，即500米口徑球面射電望遠鏡。要知道，當時世界上最大的射電望遠鏡阿雷西博射電望遠鏡直徑也才350米。
為了給新一代射電「大望遠鏡」安家，科學家們通過衛星遙感把貴州喀斯特山區翻了個遍。南仁東從200多張遙感圖像裡挑選出所有接近圓形的窪地，然後悶著頭鑽進貴州的大山裡。「那幾年南老師踏遍了當地所有的窪地。」南仁東的學生甘恆謙回憶說，他拄著竹竿翻山越嶺，到現場去勘察，這個窪地適不適合建FAST，距離嘈雜的鬧市有多遠?他爬的山路連當地的農民看了都搖頭。遴選的結果就是，位於黔南州平塘縣的大窩凼兩次都獲最高分。
凼，音「蕩」，字義為水坑。「大窩凼」曾經是一個同族13戶人家的寨子。它周圍三座山峰呈三足鼎立之勢，每座距離幾乎都在500米左右，中間的窪地剛好形成一個天然的「灶臺」，正好可以安放FAST這口「大鍋」。「當時到這裡來勘測，明顯感覺比其他的凼更圓一點。」當時是FAST首席科學家的南仁東對媒體回憶說。從1994年正式啟動貴州選址工作到2006年FAST項目最終落戶平潭縣大窩凼， 已經過去了12年。
陸續工作馬不停蹄地展開——2007年7月，FAST項目正式立項;2008年10月，國家發改委批覆項目可行性研究報告2011年3月，FAST工程正式開工。南仁東曾說，「工程最難的一點在於，世界上沒有其他的技術或工程可以借鑑。所有東西都需要自主創新。」
值得一提的是，FAST如此巨大的一個工程項目，一直沒有總承包商，所有的項目都要一家家地來談，FAST工程總工藝師兼主動反射面系統總工王啟明解釋，「一是因為確實經費緊張，更重要的是，哪個總包能夠很懂天文學?」在建設過程中，有幾十位博士後和博士生在這個項目上開題，來自不同專業的數百名科技人員參與瞭望遠鏡的預研究和設備研製。
王啟明2016年接受媒體採訪時介紹，FAST項目工程具有三大創新：第一，我們充分利用了這個獨特的喀斯特地貌窪地，這個地質可以保障雨水向地下滲透，不會在表面淤積而損壞和腐蝕望遠鏡。第二，窪地內鋪設數千塊單元組成500米球冠狀主動反射面，總面積達25萬平方米。這個主動反射面是能夠變形，能從球面漸變成拋物面。第三，它的索網結構可以隨著天體的移動而變化，可以觀測到任意方向的天體。同時，饋源艙也隨索網一同運動，採集反饋信息。
時間終於來到了2016年9月25日，這一天FAST工程整體竣工，實現了包括耐疲勞鋼索在內的30多項自主創新的專利成果，是具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。
當貴州深山裡的FAST已經漸漸張開「天眼」探索宇宙，而南仁東卻在2017年9月15日因病去世，永遠地閉上了眼睛。被南仁東引領進項目的國家天文臺射電天文研究部首席科學家李菂回憶起南仁東時說，「他在這個項目上幾乎投入了他的整個後半生和職業生涯，讓這個項目成為了現實。」如今在中科院FAST重點實驗室外，立了一座樸實無華的南仁東雕像，有野花紮成的美麗花束擺在雕像下。
張開「天眼」，面向未來
當《中國報導》記者真正站在了這個單口徑500米、接收面積相當於近30個足球場(25萬平方米)的世界最大單口徑射電望遠鏡面前時，終於理解了這個巨大的反射面為什麼被稱作「天眼」。
射電望遠鏡通過接收來自宇宙中的電波信號來獲取並分析各種信息。如果把巨大的反射面比作眼睛，那上萬根鋼索和數千個託起反射面單元組成的球冠型索膜網就是這隻巨眼的「視神經」。當4450塊186種大小不同邊長的三角形反射面單元逐一在索網上拼裝完畢後，「天眼」的眼底就變成了一口「大天鍋」。「天眼」正是通過這口「大天鍋」接收來自宇宙的無線電波，再將收集到的微弱信號匯集到極高靈敏度的「視網膜」(饋源接受系統)，進行還原、轉化、分析。FAST在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可以實現毫米級的指向跟蹤。
當站在這個空曠的山谷裡面對「天眼」時，《中國報導》記者更強烈地感受到的是未知。也許「未知」這個詞也曾經是「天眼」工程師們所面對的。畢竟，南仁東曾經也說過，「什麼都不是絕對的。發現離不開好設備，同樣也需要機敏和洞察力，也許還要有好運氣。」
好運氣總是眷顧努力的人們。2017年10月10日，「天眼」首次對外宣布發現脈衝星，但實際上，李菂的激動心情來得更早一些：「當我們知道了整個系統是可行的，這種感覺有點像我擁有了全世界，並等待屏幕更新數據那一刻是我一生中最激動的時刻。」截至2019年8月底，「天眼」已發現132顆優質的脈衝星候選體，其中有93顆已被確認為新發現的脈衝星。
發現和觀測脈衝星是FAST主要的應用價值之一。探索太空生命起源和尋找地外文明就是人們更感興趣的作用了。人們總會提出一個問題就是我們是獨自生存在宇宙中嗎?而現在，李菂對《中國報導》記者說，「我們擁有了技術能力並擁有了我們的文明，我們不僅可以探索我們賴以生存的星球，而且可以向更遙遠、更深入的宇宙望去。」
記者2019年9月在FAST實驗室基地見到了李菂，這個在青少年時代被阿雷西博望遠鏡吸引而後投身射電天文學的科學家，已經從美國回國參與這個項目8年了。這個挨著天眼所建的實驗基地裡，景色清新，會經常有各地來參加實驗觀測的研究者輪換，也還有一批駐守的年輕工程師和觀測助手。
在項目竣工之前，李菂接連3年的春節都是在現場度過的。他現在每個月也都會來基地裡看看中控室機器的調試工作等。目前「天眼」還處於建成後3~5年的調試和試觀測階段，李菂介紹說，對於目前發現脈衝星的速度，「在調試階段是滿意的，以後還將每年發現100顆左右。」 就在今年9月，FAST對一個快速射電暴進行了跟蹤觀測，探測到多次重複爆發，其捕捉的爆發數量是已知全世界最多的。
而「天眼」還有一個很大的價值不應該被忽略，它也極大地提高了中國人的天文素質。在FAST實驗基地已經待了6年的工程師黃琳對《中國報導》記者這樣評價說，「以前來參觀的人都是問，你們的望遠鏡能看多遠?但現在的人都問的是脈衝星、黑洞」這或許也是在這個偏遠的天眼實驗基地裡，眾多年輕工程師們為了夢想和情懷堅守多年而值得欣慰的一點。
對話國家天文臺射電天文研究部首席科學家、FAST副總工程師李菂——
「我們希望能讓FAST更強大，能為全世界天文學家所用」
中國報導：天體物理學對於大多數人來說很遙遠，該如何向大眾傳達這種研究的價值呢?
李菂：在基礎研究方面，我認為天文學與其他基礎研究很類似，而且自天文學發端的事物通常從一開始就可以延續百年。因此，我們的工作和任務是持續探索宇宙，嘗試尋找未知事物。與此同時，我們將人類認知帶入一個新領域。這一切努力的真正價值就是擴展人類知識的前沿。以後人類總會面對現在甚至無法想像的問題，我們就不會驚慌，因為持續儲備知識，才有可能面對當前無法想像的問題，達成當前還徹底未知的解決方案。如果我們停止探索了，就不能直面難以預測的挑戰，因為我們總是被現有的、有限的知識禁錮。
中國報導：當「天眼」第一次發現脈衝星，成為中國第一個發現脈衝星的天文設備，您當時是何感想?
李菂：到了2017年夏天，我們已經有了大部分的主要設備，包括超寬帶接收機，這是我們接收團隊和聯絡團隊之間共同的努力成果，它們經過了全面測試，涵蓋了很大的頻率範圍，適用於尋找所有星系。在我們確認發現的第一個脈衝星時，我把這個消息發給了調試團隊工程負責人姜鵬博士和南仁東博士，我說我們已經確認了這一發現，那時我不知道南仁東博士的病情已經惡化了，在那之後他就進了ICU，不久之後他就過世了。我真心希望他看到郵件雖然我知道他內心深處對FAST、對他投入一生的工作充滿信心。
中國報導：您對FAST有什麼樣的暢想? 20年後它會是什麼樣?
李菂：我現在主要關心的是兩項巡天：一種是漂移掃描，獲得了57%的天空圖像。另外一種就是跟蹤，可以更深入了解太空，希望在附近的螺旋星系中發現第一個射電脈衝星，那可能需要5~10年的時間。我們已經獲得了有用的數據，我感到很幸運和欣慰。作為FAST項目成員，我們希望能進一步完善設施，使其更強大，為全世界的天文學家所用。
(本文刊發於《中國報導》2019年12月刊)