單口徑射電望遠(yuǎn)鏡有望實(shí)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(dá)到500米，“塞滿”整個山谷的望遠(yuǎn)鏡嗎？這就是世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡--已于2008年12月底在我國正式開工建設(shè)的、相當(dāng)于30個足球場大的FAST望遠(yuǎn)鏡。

不僅中國的天文學(xué)家為之振奮，全世界的天文學(xué)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(jì)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(xué)領(lǐng)域先進(jìn)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(yuǎn)鏡搜尋外星人的巨無霸

記者：我們知道天文望遠(yuǎn)鏡是非常重要的，通過它，科學(xué)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(yuǎn)鏡，請問南老師，這種射電望遠(yuǎn)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(xué)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(yuǎn)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(dá)的探測器去探索它們。

而現(xiàn)代電子技術(shù)、無線電通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為天文學(xué)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(yuǎn)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(shí)令人興奮。那么我國這個名為FAST的、世界最大的射電望遠(yuǎn)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(dá)500米的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)，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(dá)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(jìn)的話，很容易遺漏或難以分辨。所以，天文學(xué)家需要一個巨大的“耳朵”，這就是巨型射電望遠(yuǎn)鏡，它可以收集極遙遠(yuǎn)的物體資料，而搜尋地外文明是射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(xué)家利用不斷發(fā)展的射電望遠(yuǎn)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(shí)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(jī)分子和有機(jī)分子，及這些集結(jié)成團(tuán)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(yùn)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(xué)獎的10項(xiàng)涉及天文學(xué)的項(xiàng)目中，就有6項(xiàng)直接或主要通過射電天文手段取得。可以說，射電天文學(xué)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(yuǎn)鏡與其他的天文望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡原理和衛(wèi)星天線相似，它通過接收來自遙遠(yuǎn)天體的電磁輻射信號，對其強(qiáng)度，頻譜和磁場偏振進(jìn)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(jī)，最后是終端設(shè)備把信號記錄下來，并按特定的要求進(jìn)行某些處理后顯示出來，通過進(jìn)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(xué)組成。

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

南仁東：其實(shí)，都可以理解為是用來“看”的，只是光學(xué)望遠(yuǎn)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?yàn)槠浒l(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(shí)很窄，其兩端就是我們已經(jīng)較為熟悉的“紅外”，“紫外”，事實(shí)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(xué)望遠(yuǎn)鏡不同，射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡因具有高穿透性、觀測范圍廣、觀測距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，而成為目前天文學(xué)研究中重要觀測設(shè)備，日益受到國際科學(xué)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(yuǎn)鏡正在各國相繼實(shí)施建設(shè)或即將投入運(yùn)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(yuǎn)鏡，也是一個國際項(xiàng)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(xué)家提出建造巨型望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。自1994年，我國天文學(xué)家提出在貴州喀斯特洼地中建造大口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的建議和工程方案，它是我國射電天文學(xué)家根據(jù)國際大環(huán)境、我國特有的地理?xiàng)l件、國內(nèi)外合作、和工程團(tuán)隊(duì)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(xué)界的廣泛支持，目前我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力、制造能力、天文學(xué)發(fā)展、方案設(shè)計(jì)、地質(zhì)條件等許多方面都達(dá)到了可以建造這樣一個大射電望遠(yuǎn)鏡的條件和能力。[!--empirenews.page--]

記者：1994年提出建FAST的計(jì)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(yuǎn)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(jì)、饋源（注：饋源可理解為拋物面天線的焦點(diǎn)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(jī)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(xué)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(xiàng)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(yuǎn)鏡的科技實(shí)力，在2006年7月，得到國家發(fā)改委正式批準(zhǔn)。

FAST獨(dú)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(yuǎn)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(jìn)？

南仁東：衡量射電望遠(yuǎn)鏡是否先進(jìn)，F(xiàn)AST示意圖。主要的指標(biāo)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(jī)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(yuǎn)鏡的分辨率呢？對單天線射電望遠(yuǎn)鏡來說，天線的直徑越大，分辨率越高。所以，射電天文學(xué)家一直追求大而精的反射面、盡可能低噪聲的接收機(jī)、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(xué)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(dá)到500米，接收面積相當(dāng)于30個足球場，比目前最大的射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博有效接收面積擴(kuò)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(yuǎn)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(yuǎn)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(jì)、勞動力、電力、交通、通信、網(wǎng)絡(luò)、土地等，因?yàn)槠渲腥魏我豁?xiàng)對今后的運(yùn)行都會產(chǎn)生影響。所以，選址工作進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡約20萬平方米的巨型反射面。建成后的望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡影響極為重要，項(xiàng)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(zhǔn)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(xué)領(lǐng)域最先進(jìn)的項(xiàng)目，從大的方面說，它的“獨(dú)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(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)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(jìn)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(kuò)充等等。

此外，作為一個多學(xué)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(xué)、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(jī)遇。

史上著名的“搜尋外星人”計(jì)劃

“奧茲瑪”計(jì)劃：20世紀(jì)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(xué)家德雷克使用一臺口徑為26米的射電望遠(yuǎn)鏡，選擇21厘米的波長來開始了星際通信實(shí)驗(yàn)，并被命名為“奧茲瑪”計(jì)劃。德雷克對類似太陽的恒星鯨魚座τ星波江座ε星進(jìn)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(bào)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(jì)劃期間構(gòu)思的。

獨(dú)眼神計(jì)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(dú)眼神計(jì)劃是射電天文史上最野心勃勃的計(jì)劃。投資預(yù)算超過60億美元，工期10年至15年。雖然該計(jì)劃最終并沒有得到政府資助，但它在科學(xué)和技術(shù)上對SETI的影響至今不衰。

高分辨率微波巡視計(jì)劃：這一計(jì)劃擬使用像阿雷西博這樣世界級的大型射電望遠(yuǎn)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(jī)可以同時掃描上千萬個頻率通道，識別微弱的訊號。這一計(jì)劃背后有著明顯的國防與軍事目的。

鳳凰計(jì)劃：該計(jì)劃使用了國際上大型的低緯度射電望遠(yuǎn)鏡，在微波窗口對1000顆臨近的類太陽恒星進(jìn)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(rèn)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(yuǎn)沒有音信，它的結(jié)果無法預(yù)測。如果運(yùn)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?dú)者。但很多天文學(xué)家充滿希望地認(rèn)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(xiàng)目12米面板照片)