單口徑射電望遠鏡有望實現(xiàn)與外星人聯(lián)絡(luò)

對于中國人來說，外星人一直是科幻片中的一類題材，美國外星人題材中也很少有出現(xiàn)中國元素的場景，但是，這樣的情況很有可能改寫了！

你見過口徑達到500米，“塞滿”整個山谷的望遠鏡嗎？這就是世界上最大單口徑射電望遠鏡--已于2008年12月底在我國正式開工建設(shè)的、相當于30個足球場大的FAST望遠鏡。

不僅中國的天文學家為之振奮，全世界的天文學家也在緊盯FAST--寄希望于這個最大的“天眼”或許能找到外星人，并解開宇宙起源之謎。

FAST設(shè)計綜合體現(xiàn)了我國高技術(shù)創(chuàng)新能力，代表了我國天文科學領(lǐng)域先進水平，并將在未來20年至30年內(nèi)保持世界領(lǐng)先地位。

射電望遠鏡搜尋外星人的巨無霸

記者：我們知道天文望遠鏡是非常重要的，通過它，科學家可以獲取大量的天文信息，目前我國正在建造世界最大的射電望遠鏡，請問南老師，這種射電望遠鏡是用來做什么的？

南仁東：在眾多的用途中，也許公眾比較感興趣的領(lǐng)域是用來搜尋地外文明。地球之外的眾多星體中是否還有高等文明的存在，是所有人都想知道的，也是在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的情況下，擺在科學家面前的一個重大的課題。

那么，探尋有無高等文明的存在靠什么？我們知道，天體之間的距離是非常遙遠的，人馬座的比鄰星是除太陽外離地球最近的一顆恒星，距離地球4。27光年，所以我們不可能發(fā)射一種能夠直接到達的探測器去探索它們。

而現(xiàn)代電子技術(shù)、無線電通信、計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，為天文學家們搜尋地外文明提供了一種好辦法--利用射電波即無線電波尋找地外文明。一旦在遙遠的某個恒星上有理性社會及文明存在的話，他們的活動所產(chǎn)生的無線電波（電磁波的一種）就會自覺不自覺地向外發(fā)送，并很可能會傳到地球。如果我們在地球上建立了這種電磁波的接收裝置，就可能接收到外星射電波，從而獲得地外文明存在的信息。

記者：這確實令人興奮。那么我國這個名為FAST的、世界最大的射電望遠鏡將會在搜尋地外文明中起到重要作用？

南仁東：是的，F(xiàn)AST是球面狀的、孔徑達500米的射電望遠鏡，即Five-hundred-meterAperture Spherical radioTelescope的英文縮略字頭，建成之后將成為世界最大射電望遠鏡，成為搜尋地外文明最有效的利器。由于星球間的距離太遠，電磁波信息會混雜在宇宙空間的各種輻射波中，以至于到達地球以后都將非常的弱（除非信號是定向發(fā)送給我們的），微弱的信號可能如同夾雜在雷聲中的蟬鳴，如果接收設(shè)備不先進的話，很容易遺漏或難以分辨。所以，天文學家需要一個巨大的“耳朵”，這就是巨型射電望遠鏡，它可以收集極遙遠的物體資料，而搜尋地外文明是射電望遠鏡的重要任務(wù)之一。

記者：FAST還可以用來做什么？

南仁東：有了射電望遠鏡，我們就可以通過探測宇宙天體電磁輻射來揭示天體奧秘。射電天文學家利用不斷發(fā)展的射電望遠鏡，已經(jīng)探測了許多星系的結(jié)構(gòu)和大小，發(fā)現(xiàn)了類星體、脈沖星、星際分子和3K微波背景輻射，證實了廣義相對論所預(yù)言的一些理論，如引力輻射；探測到引力透鏡以及百余種存在于星際空間的無機分子和有機分子，及這些集結(jié)成團所形成的巨大的分子云等，探測了活動星系核的致密結(jié)構(gòu)并發(fā)現(xiàn)了其中的視超光速運動，發(fā)現(xiàn)并廣泛探測了太陽及木星的射電爆發(fā)、金星的溫室效應(yīng)及黑洞存在的直接觀測證據(jù)。近40年中，獲諾貝爾物理學獎的10項涉及天文學的項目中，就有6項直接或主要通過射電天文手段取得?？梢哉f，射電天文學在誕生至今的70多年里，已成為重大天文發(fā)現(xiàn)的發(fā)祥地和天文諾貝爾獎的搖籃。

記者：射電望遠鏡與其他的天文望遠鏡比，有什么特別之處？

南仁東：大家可能對衛(wèi)星電視接收比較了解，主要是用天線接收無線電波信號，射電望遠鏡原理和衛(wèi)星天線相似，它通過接收來自遙遠天體的電磁輻射信號，對其強度，頻譜和磁場偏振進行分析和研究。簡單地說，它主要由這幾部分組成：收集射電波的定向天線，放大射電信號的高靈敏度接收機，最后是終端設(shè)備把信號記錄下來，并按特定的要求進行某些處理后顯示出來，通過進一步的分析研究以了解有關(guān)天體的物理特性、環(huán)境、演化、乃至化學組成。

記者：是否可以這樣理解，其他天文望遠鏡主要是用來“看”的，而射電望遠鏡主要是用來“聽”的？

南仁東：其實，都可以理解為是用來“看”的，只是光學望遠鏡主要以用眼睛來看，看到的往往是發(fā)光或反光物體本身，物體之所以被肉眼看到，是因為其發(fā)出了可見光，可見光也是具有特定波長的電磁波，“可見光區(qū)”的波譜范圍其實很窄，其兩端就是我們已經(jīng)較為熟悉的“紅外”，“紫外”，事實上，天體的輻射覆蓋整個電磁波段。所以，與接收可見光的傳統(tǒng)光學望遠鏡不同，射電望遠鏡接收的是天體射出的幾乎所有的無線電波。它既沒有鏡筒，也沒有物鏡、目鏡，而是由天線和接收系統(tǒng)等部分組成。

射電望遠鏡因具有高穿透性、觀測范圍廣、觀測距離遠的特點，而成為目前天文學研究中重要觀測設(shè)備，日益受到國際科學家的重視，一批有更高靈敏度、更高分辨率和更完整波段的大型射電望遠鏡正在各國相繼實施建設(shè)或即將投入運行。

記者：目前在我國正在建造FAST，它將是世界最大的射電望遠鏡，也是一個國際項目，那么它為什么會“花”落中國？

南仁東：1993年國際無線電聯(lián)大會上，包括我國在內(nèi)的10國天文學家提出建造巨型望遠鏡計劃。自1994年，我國天文學家提出在貴州喀斯特洼地中建造大口徑球面射電望遠鏡的建議和工程方案，它是我國射電天文學家根據(jù)國際大環(huán)境、我國特有的地理條件、國內(nèi)外合作、和工程團隊不斷探索，逐步研究和提出來的。這一研究工作得到了國際天文學界的廣泛支持，目前我國經(jīng)濟實力、制造能力、天文學發(fā)展、方案設(shè)計、地質(zhì)條件等許多方面都達到了可以建造這樣一個大射電望遠鏡的條件和能力。[!--empirenews.page--]

記者：1994年提出建FAST的計劃，為什么2008年底才開始建？

南仁東：建造如此巨大的射電望遠鏡國際上沒有先例，很多技術(shù)更是要靠我們自己鉆研和解決，特別是在選址、主動反射面設(shè)計、饋源（注：饋源可理解為拋物面天線的焦點處設(shè)置的一個收集衛(wèi)星信號的喇叭式裝置）支撐系統(tǒng)優(yōu)化、饋源與接收機及關(guān)于測量與控制技術(shù)等方面，面臨巨大課題和挑戰(zhàn)，只有這些問題解決了，才能動手建造。

自1994年起，中國科學院國家天文臺等20多所科研院所和知名高校，開展了對FAST的長期合作研究，同時FAST被列入首批國家知識創(chuàng)新工程重大項目。通過10多年的探索，完成了預(yù)研和優(yōu)化研究兩個環(huán)節(jié)，具備了建造世界上最大的射電望遠鏡的科技實力，在2006年7月，得到國家發(fā)改委正式批準。

FAST獨一無二靈敏度遙遙領(lǐng)先

記者：FAST直徑有500米，而目前世界最大的射電望遠鏡美國的“阿雷西博（Arecibo）”的直徑才300米，為什么造這么大孔徑，孔徑大是否代表著先進？

南仁東：衡量射電望遠鏡是否先進，F(xiàn)AST示意圖。主要的指標是靈敏度和分辨率。為提高靈敏度，常用的辦法有降低接收機本身的固有噪聲、增大天線接收面積、延長觀測積分時間等。而分辨率則是指對臨近的不同波長的射電的區(qū)分能力。怎樣提高射電望遠鏡的分辨率呢？對單天線射電望遠鏡來說，天線的直徑越大，分辨率越高。所以，射電天文學家一直追求大而精的反射面、盡可能低噪聲的接收機、并配置適應(yīng)不同觀測課題的較完備的后端，以滿足射電天文學發(fā)展的需要。

FAST，主反射面由4600塊三角形單元拼接成球冠，口徑達到500米，接收面積相當于30個足球場，比目前最大的射電望遠鏡阿雷西博有效接收面積擴大了2。3倍，意味著其靈敏度分別是目前世界上幾個最大的射電望遠鏡--VLA （美國的特大天線陣）、阿雷西博和印度GMRT（巨型米波射電望遠鏡）的5。4倍、2。3倍和1。5倍，其可探測射電源數(shù)在相同天空覆蓋情況下增加約10倍。

記者：FAST選址在貴州喀斯特地形的洼地中，這樣的選址有何優(yōu)勢和特殊的作用呢？

南仁東：臺址的選定十分關(guān)鍵，要考察的因素很多，如氣候、氣象、土地利用、無線電環(huán)境、地質(zhì)、人口、經(jīng)濟、勞動力、電力、交通、通信、網(wǎng)絡(luò)、土地等，因為其中任何一項對今后的運行都會產(chǎn)生影響。所以，選址工作進行得十分慎重和充分，在貴州省政府及各界的大力支持下，歷經(jīng)15年的苦苦尋覓，大射電望遠鏡貴州選址工作完成，臺址確定在貴州平塘縣克度鎮(zhèn)六水村的大窩凼洼地。這一喀斯特地區(qū)發(fā)育的洼坑，就像一個天然的巨碗，剛好盛起望遠鏡約20萬平方米的巨型反射面。建成后的望遠鏡將會填滿整個山谷。

大窩凼不僅具有一個天然的洼地可以架設(shè)望遠鏡，而且喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下滲透，而不在表面淤積，腐蝕和損壞望遠鏡。此外，還有極端寧靜的自然環(huán)境，由于無線電環(huán)境對射電望遠鏡影響極為重要，項目地址半徑5公里之內(nèi)必須保持寧靜和電磁環(huán)境不受干擾。大窩凼附近沒有集鎮(zhèn)和工廠，在5公里半徑之內(nèi)沒有一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，25公里半徑之內(nèi)只有一個縣城，是最為理想的選擇。

記者：FAST凝聚了科研人員長時間的、艱苦卓絕的科研準備工作，這里面一定有許多我國自主創(chuàng)新的成果吧？

南仁東：是的，F(xiàn)AST是我國天文科學領(lǐng)域最先進的項目，從大的方面說，它的“獨一無二”包括利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址；洼坑內(nèi)創(chuàng)造性的鋪設(shè)4600塊單元組成500米球冠狀主動反射面；將首次采用輕型索拖動機構(gòu)和并聯(lián)機器人，實現(xiàn)望遠鏡接收機的高精度定位。在工程技術(shù)方面，不僅繼承了目前所有可能的先進技術(shù)思想，而且提出了創(chuàng)新性的主動反射面及光電一體化饋源支撐方案，其接收面積大大提高，還有，如它對饋源及其支撐系統(tǒng)的簡化，使FAST對天體和航天器的跟蹤范圍得到大大的擴充等等。

此外，作為一個多學科基礎(chǔ)研究平臺，F(xiàn)AST將在基礎(chǔ)研究眾多領(lǐng)域，例如宇宙大尺度物理學、物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和規(guī)律等方向提供發(fā)現(xiàn)和突破的機遇。

史上著名的“搜尋外星人”計劃

“奧茲瑪”計劃：20世紀60年代，人們開始嘗試接收地外文明世界發(fā)出的無線電信號。美國國家射電天文臺的天文學家德雷克使用一臺口徑為26米的射電望遠鏡，選擇21厘米的波長來開始了星際通信實驗，并被命名為“奧茲瑪”計劃。德雷克對類似太陽的恒星鯨魚座τ星波江座ε星進行了200小時觀測。這一先驅(qū)性星際通信工作除環(huán)境無線電干擾引起的假警報外，沒有找到地外文明存在的證據(jù)，但他為后續(xù)的研究提出了很多新的思考，例如著名的德雷克公式就是在奧茲瑪計劃期間構(gòu)思的。

獨眼神計劃：1972年提出，全面敘述了“SETI（搜尋地外生命）”的意義、方法及可能性，提出了星際無線通信是SETI唯一可行的方法，給出了最佳的頻率范圍。獨眼神計劃是射電天文史上最野心勃勃的計劃。投資預(yù)算超過60億美元，工期10年至15年。雖然該計劃最終并沒有得到政府資助，但它在科學和技術(shù)上對SETI的影響至今不衰。

高分辨率微波巡視計劃：這一計劃擬使用像阿雷西博這樣世界級的大型射電望遠鏡巡視100光年之內(nèi)的800至1000顆類太陽恒星。其數(shù)字接收機可以同時掃描上千萬個頻率通道，識別微弱的訊號。這一計劃背后有著明顯的國防與軍事目的。

鳳凰計劃：該計劃使用了國際上大型的低緯度射電望遠鏡，在微波窗口對1000顆臨近的類太陽恒星進行搜索。在總共幾萬次的觀測中，幾千種接收到的信號或者與認為電磁波干擾相符合，或者被判定為環(huán)境干擾，剩下的近百種可疑信號源，后來也都證明不是星際通信。

地外文明的搜索也許明天成功，也許永遠沒有音信，它的結(jié)果無法預(yù)測。如果運氣不壞，我們也許能夠在有生之年知道在銀河系里面，我們?nèi)祟愂遣皇枪陋氄?。但很多天文學家充滿希望地認為，他們一定能夠發(fā)現(xiàn)很多地外的朋友。到時候逢年過節(jié)或許能跟某個外星朋友互致賀電什么的！[!--empirenews.page--]

(云馬FAST項目12米面板照片)