▲9月25日，有著(zhù)“超級天眼”之稱(chēng)的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）在貴州平塘的喀斯特洼坑中落成啟用。新華社 發(fā)

　    大西北網(wǎng)訊  9月25日，世界最大單口徑射電望遠鏡（FAST）在貴州省平塘縣正式投入使用，這一500米口徑的球面射電望遠鏡建設在喀斯特地貌天然形成的洼地中，被稱(chēng)為“中國天眼”。

　　FAST擁有30個(gè)足球場(chǎng)大的接收面積，可以實(shí)現大天區面積、高精度的天文觀(guān)測。FAST與目前號稱(chēng)“地面最大機器”的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍，與人類(lèi)20世紀十大工程之首的美國Arecibo 300米望遠鏡相比，綜合性能提高約10倍。

　　由于FAST的落戶(hù)，安放“觀(guān)天巨眼”的洼地也成為科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，人們稱(chēng)這個(gè)名叫“大窩凼”的自然洼地為“地球上最美的眼窩”。

　　如何利用自然條件為大射電望遠鏡找到合適的“家”？FAST正式啟用前夕，項目選址科研團隊負責人宋建波接受了中國青年報·中青在線(xiàn)記者的專(zhuān)訪(fǎng)，揭秘在本世紀初為大射電望遠鏡秘密選址的過(guò)程。

　　選址從找到一萬(wàn)多個(gè)“窩”開(kāi)始

　　從2002年11月接到大射電望遠鏡臺址第二輪選址科研任務(wù)開(kāi)始，貴州工業(yè)大學(xué)（后并入貴州大學(xué)）教師、地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)博士后宋建波面臨的第一個(gè)考驗就是可供參考的資料極少。

　　“如果把每個(gè)可以建造望遠鏡的天然洼地比作一個(gè)‘窩’，那我們的研究范圍內到底有多少‘窩’，這些‘窩’都在哪里？當時(shí)沒(méi)有現成的資料，可以用的技術(shù)手段又非常有限，只能用‘笨辦法’一個(gè)一個(gè)找，一個(gè)一個(gè)數。”宋建波說(shuō)。

　　科研團隊一頭扎進(jìn)了等身高的地形地質(zhì)圖里。從1:50萬(wàn)的地形地質(zhì)圖看起，巖石的分布特征讓他們首先確定了“窩”肯定不會(huì )出現的地理位置，排除這些之后，其他區域就可能有適合望遠鏡“安家”的“窩”。

　　地質(zhì)圖隨后被精確到1:1萬(wàn)，團隊成員開(kāi)始在一張張茶幾大小的圖上沿著(zhù)密密麻麻的等高線(xiàn)“找圈圈”：“圈圈”越圓、越大就越有可能是要找的目標，“圈圈”旁邊螞蟻大小的數字則顯示這是一座山峰還是一個(gè)“窩”。

　　“發(fā)現一個(gè)‘窩’拿筆記錄下一個(gè)，看了8000多幅圖，最后找出來(lái)一萬(wàn)多個(gè)‘窩’。”宋建波說(shuō)，現在FSAT所在的“窩”就是其中一個(gè)，當時(shí)看圖就感覺(jué)眼前一亮，“但哪個(gè)最合適不是感覺(jué)出來(lái)的，得靠科學(xué)。”

　　3位戴著(zhù)厚厚眼鏡的博士花了3個(gè)月用“笨辦法”找出了最基礎的研究資料，藍色的圓珠筆記錄下每個(gè)“窩”的基本情況，記錄本上同時(shí)畫(huà)滿(mǎn)了紅色圓珠筆的標注，有的“窩”前畫(huà)了紅勾，有的打上了圈，有的直接一條橫線(xiàn)徹底劃掉。

　　2003年7月，經(jīng)過(guò)數次篩選，一個(gè)由743個(gè)“窩”組成的備選洼地數據庫正式形成。緊接著(zhù)，科研團隊拿著(zhù)一份“苛刻”的指標，評價(jià)每一個(gè)“窩”的情況——“窩”內的巖體結構、水文情況、長(cháng)短軸比例、挖填方率是否合適；“窩”口的閉合情況、幾何形狀是否達標；整個(gè)“窩”的地質(zhì)災害、地震風(fēng)險、氣象條件、無(wú)線(xiàn)電環(huán)境等是否滿(mǎn)足條件。

　　最終，743個(gè)“窩”被進(jìn)一步篩選出82個(gè)成為重點(diǎn)考察對象，這些喀斯特洼地集中分布于貴州黔南布依族苗族自治州、黔西南布依族苗族自治州和安順市境內。

　　82個(gè)“窩”里尋找解題之道

　　“翻山越嶺，82個(gè)‘窩’一個(gè)都不能少。”宋建波回憶說(shuō)，當時(shí)貴州的交通狀況很差，有時(shí)調查一個(gè)“窩”路上要花一天時(shí)間，越野車(chē)順著(zhù)狹窄的山路前進(jìn)，一邊是大山，一邊是懸崖，開(kāi)到實(shí)在沒(méi)辦法前進(jìn)的地方就停下來(lái)，大家徒步走到“窩”里。

　　實(shí)地調查并不是看看大山、敲敲石頭那么簡(jiǎn)單，除了觀(guān)察巖體和地質(zhì)結構，山體里的水系統對望遠鏡的“人身安全”意義重大，一旦“窩”底的排水系統堵塞，山體中的水將無(wú)法流入地下暗河，望遠鏡就有被淹沒(méi)的危險?？蒲袌F隊經(jīng)常要找到每一處水源，沿著(zhù)明河、暗河行走研究水動(dòng)力的過(guò)程，時(shí)常需要在三伏天頂著(zhù)烈日走上很長(cháng)時(shí)間。

　　調查途中遇到困難，科研團隊也不敢求助，當時(shí)，這還是一項保密的科研任務(wù)?？蒲袌F隊同時(shí)回避著(zhù)一些地方政府的“公關(guān)”，一些地方官員打聽(tīng)到選址消息后千方百計聯(lián)系科研團隊，希望能把建設地址定在自己的縣里，一方面在建設周期帶動(dòng)的投資拉動(dòng)效益巨大，另一方面大射電望遠鏡項目對當地經(jīng)濟、社會(huì )、科技水平的發(fā)展影響深遠。

　　整個(gè)團隊當時(shí)抱著(zhù)一個(gè)信念：哪個(gè)地址最合適要靠科學(xué)計算成果得出來(lái)，選址結果要對歷史負責。

　　兩個(gè)多月的實(shí)地調查后，科研團隊進(jìn)入了近一年的核心攻關(guān)階段：他們計劃開(kāi)發(fā)一套仿真系統，立體呈現每一個(gè)重點(diǎn)考察的“窩”和大射電望遠鏡結合在一起的樣子，再對建設中需要考慮的幾何、地質(zhì)、工程等條件進(jìn)行綜合計算。

　　這套系統的學(xué)名叫做“洼地三維仿真和臺址優(yōu)選系統”，宋建波解釋說(shuō)，通俗講就是用來(lái)計算每個(gè)洼地最合適建多大口徑的望遠鏡，如果確定要建500米口徑的FAST望遠鏡，那么就計算哪個(gè)“窩”建設工程量最小。

　　“這是我們科研團隊的首創(chuàng )，做出來(lái)了以后類(lèi)似的望遠鏡選址都能用上，選址難題就能找到解決之道。”宋建波說(shuō)，這個(gè)系統應用起來(lái)輕巧，但開(kāi)發(fā)起來(lái)比想象中難很多，開(kāi)發(fā)者除了要有地質(zhì)學(xué)的知識外，還需要扎實(shí)的數學(xué)、物理、計算機功底，“有時(shí)還需要一些靈感。”

　　宋建波反復說(shuō)，核心攻關(guān)的過(guò)程中“累慘了”，團隊成員都剛剛30出頭，有時(shí)吵上幾句，有時(shí)發(fā)發(fā)牢騷，通宵工作后睡辦公室是常事。

　　系統最終給出了團隊最想要的答案：挖方模型計算誤差僅為0.44％，填方模型計算誤差為0.66％，系統使計算效率大大提高，與此同時(shí)，系統還能計算出整個(gè)望遠鏡球心的建設位置，這將有利于施工階段減少誤差。

　　“大窩凼”最終浮出水面

　　在“洼地三維仿真和臺址優(yōu)選系統”的支撐下，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的定性分析和定量計算，科研團隊給出了首批FAST核心備選臺址，推薦中排名第一的“窩”就是“大窩凼”，用5種方法計算出的結果均為“好”。“打多”“砂鍋堡葫蘆沖”“商家沖”3個(gè)“窩”分列二到四名。

　　計算結果同時(shí)顯示，“大窩凼”最適宜建設的射電望遠鏡口徑為546米，最符合FAST500米口徑的需求。之后，科研團隊對“大窩凼”進(jìn)行了更加細致的研究和計算。

　　FAST接收的信息一般是來(lái)自遙遠宇宙極弱的天體無(wú)線(xiàn)電信號，任何輕微的電波干擾都將使FAST失去威力，同時(shí)，氣候要素也影響著(zhù)FAST的結構設計和正常使用，冰雹是影響望遠鏡運行安全的主要氣象災害。為此，2004年2月至2005年2月，貴州省無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )和貴州省氣象局對“大窩凼”進(jìn)行了長(cháng)達一年的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境檢測和氣候環(huán)境監測。

　　2006年，FAST項目正式?jīng)Q定選址貴州平塘“大窩凼”。

　　“事實(shí)證明我們找到了FAST最合適的家。”宋建波感慨，大約4年的科研努力在宣布決定選址的那一刻感覺(jué)值了，“算是當時(shí)平均年齡32歲的一群年輕人創(chuàng )造出的驚喜。”

　　隨著(zhù)研究的深入，團隊除了進(jìn)行FAST項目的選址研究外，還把目光投向了一個(gè)簡(jiǎn)稱(chēng)為SKA的項目，這個(gè)項目計劃建設接收面積達到一平方公里的射電望遠鏡陣，以觀(guān)測到更多的天文信息，幫助解決目前困擾科學(xué)界的眾多尖端問(wèn)題。

　　2004年，中國科學(xué)院國家天文臺對中國SKA站址進(jìn)行了嚴格的布局要求，要求中國SKA臺址的核心區盡可能包括FAST臺址，已建成的新疆、北京、青海、上海、云南5個(gè)射電望遠鏡臺址必須在SKA臺址核心區的對數螺旋線(xiàn)（天文學(xué)專(zhuān)有名詞——記者注）上，同時(shí)要完成更多臺址的選址，以滿(mǎn)足望遠鏡接收面積達到一平方公里。

　　面對這個(gè)同樣是“世界級”難度的選址問(wèn)題，科研團隊在前期研究的基礎上，開(kāi)發(fā)了“中國SKA臺址布局可視化系統程序”，并計算出兩個(gè)方案：一種是建63個(gè)口徑相對較大的望遠鏡，一種是建126個(gè)口徑相對較小的望遠鏡。

　　“這意味著(zhù)，未來(lái)中國建造射電望遠鏡陣的‘窩’也選好了。”宋建波說(shuō)，FAST啟用是個(gè)重要的開(kāi)始。