▲9月25日，有著“超級天眼”之稱的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(shè)在喀斯特地貌天然形成的洼地中，被稱為“中國天眼”。

　　FAST擁有30個足球場大的接收面積，可以實現(xiàn)大天區(qū)面積、高精度的天文觀測。FAST與目前號稱“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，安放“觀天巨眼”的洼地也成為科學(xué)界關(guān)注的焦點，人們稱這個名叫“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(zé)人宋建波接受了中國青年報·中青在線記者的專訪，揭秘在本世紀初為大射電望遠鏡秘密選址的過程。

　　選址從找到一萬多個“窩”開始

　　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)工程專業(yè)博士后宋建波面臨的第一個考驗就是可供參考的資料極少。

　　“如果把每個可以建造望遠鏡的天然洼地比作一個‘窩’，那我們的研究范圍內(nèi)到底有多少‘窩’，這些‘窩’都在哪里？當(dāng)時沒有現(xiàn)成的資料，可以用的技術(shù)手段又非常有限，只能用‘笨辦法’一個一個找，一個一個數(shù)。”宋建波說。

　　科研團隊一頭扎進了等身高的地形地質(zhì)圖里。從1:50萬的地形地質(zhì)圖看起，巖石的分布特征讓他們首先確定了“窩”肯定不會出現(xiàn)的地理位置，排除這些之后，其他區(qū)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，團隊成員開始在一張張茶幾大小的圖上沿著密密麻麻的等高線“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(shù)字則顯示這是一座山峰還是一個“窩”。

　　“發(fā)現(xiàn)一個‘窩’拿筆記錄下一個，看了8000多幅圖，最后找出來一萬多個‘窩’。”宋建波說，現(xiàn)在FSAT所在的“窩”就是其中一個，當(dāng)時看圖就感覺眼前一亮，“但哪個最合適不是感覺出來的，得靠科學(xué)。”

　　3位戴著厚厚眼鏡的博士花了3個月用“笨辦法”找出了最基礎(chǔ)的研究資料，藍色的圓珠筆記錄下每個“窩”的基本情況，記錄本上同時畫滿了紅色圓珠筆的標注，有的“窩”前畫了紅勾，有的打上了圈，有的直接一條橫線徹底劃掉。

　　2003年7月，經(jīng)過數(shù)次篩選，一個由743個“窩”組成的備選洼地數(shù)據(jù)庫正式形成。緊接著，科研團隊拿著一份“苛刻”的指標，評價每一個“窩”的情況——“窩”內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)、水文情況、長短軸比例、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“窩”的地質(zhì)災(zāi)害、地震風(fēng)險、氣象條件、無線電環(huán)境等是否滿足條件。

　　最終，743個“窩”被進一步篩選出82個成為重點考察對象，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(nèi)。

　　82個“窩”里尋找解題之道

　　“翻山越嶺，82個‘窩’一個都不能少。”宋建波回憶說，當(dāng)時貴州的交通狀況很差，有時調(diào)查一個“窩”路上要花一天時間，越野車順著狹窄的山路前進，一邊是大山，一邊是懸崖，開到實在沒辦法前進的地方就停下來，大家徒步走到“窩”里。

　　實地調(diào)查并不是看看大山、敲敲石頭那么簡單，除了觀察巖體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，山體里的水系統(tǒng)對望遠鏡的“人身安全”意義重大，一旦“窩”底的排水系統(tǒng)堵塞，山體中的水將無法流入地下暗河，望遠鏡就有被淹沒的危險?？蒲袌F隊經(jīng)常要找到每一處水源，沿著明河、暗河行走研究水動力的過程，時常需要在三伏天頂著烈日走上很長時間。

　　調(diào)查途中遇到困難，科研團隊也不敢求助，當(dāng)時，這還是一項保密的科研任務(wù)?？蒲袌F隊同時回避著一些地方政府的“公關(guān)”，一些地方官員打聽到選址消息后千方百計聯(lián)系科研團隊，希望能把建設(shè)地址定在自己的縣里，一方面在建設(shè)周期帶動的投資拉動效益巨大，另一方面大射電望遠鏡項目對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟、社會、科技水平的發(fā)展影響深遠。

　　整個團隊當(dāng)時抱著一個信念：哪個地址最合適要靠科學(xué)計算成果得出來，選址結(jié)果要對歷史負責(zé)。

　　兩個多月的實地調(diào)查后，科研團隊進入了近一年的核心攻關(guān)階段：他們計劃開發(fā)一套仿真系統(tǒng)，立體呈現(xiàn)每一個重點考察的“窩”和大射電望遠鏡結(jié)合在一起的樣子，再對建設(shè)中需要考慮的幾何、地質(zhì)、工程等條件進行綜合計算。

　　這套系統(tǒng)的學(xué)名叫做“洼地三維仿真和臺址優(yōu)選系統(tǒng)”，宋建波解釋說，通俗講就是用來計算每個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“窩”建設(shè)工程量最小。

　　“這是我們科研團隊的首創(chuàng)，做出來了以后類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，這個系統(tǒng)應(yīng)用起來輕巧，但開發(fā)起來比想象中難很多，開發(fā)者除了要有地質(zhì)學(xué)的知識外，還需要扎實的數(shù)學(xué)、物理、計算機功底，“有時還需要一些靈感。”

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

　　系統(tǒng)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(tǒng)使計算效率大大提高，與此同時，系統(tǒng)還能計算出整個望遠鏡球心的建設(shè)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(tǒng)”的支撐下，通過專業(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(jié)果均為“好”。“打多”“砂鍋堡葫蘆沖”“商家沖”3個“窩”分列二到四名。

　　計算結(jié)果同時顯示，“大窩凼”最適宜建設(shè)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”進行了更加細致的研究和計算。

　　FAST接收的信息一般是來自遙遠宇宙極弱的天體無線電信號，任何輕微的電波干擾都將使FAST失去威力，同時，氣候要素也影響著FAST的結(jié)構(gòu)設(shè)計和正常使用，冰雹是影響望遠鏡運行安全的主要氣象災(zāi)害。為此，2004年2月至2005年2月，貴州省無線電管理委員會和貴州省氣象局對“大窩凼”進行了長達一年的無線電環(huán)境檢測和氣候環(huán)境監(jiān)測。

　　2006年，F(xiàn)AST項目正式?jīng)Q定選址貴州平塘“大窩凼”。

　　“事實證明我們找到了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值了，“算是當(dāng)時平均年齡32歲的一群年輕人創(chuàng)造出的驚喜。”

　　隨著研究的深入，團隊除了進行FAST項目的選址研究外，還把目光投向了一個簡稱為SKA的項目，這個項目計劃建設(shè)接收面積達到一平方公里的射電望遠鏡陣，以觀測到更多的天文信息，幫助解決目前困擾科學(xué)界的眾多尖端問題。

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

　　面對這個同樣是“世界級”難度的選址問題，科研團隊在前期研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了“中國SKA臺址布局可視化系統(tǒng)程序”，并計算出兩個方案：一種是建63個口徑相對較大的望遠鏡，一種是建126個口徑相對較小的望遠鏡。

　　“這意味著，未來中國建造射電望遠鏡陣的‘窩’也選好了。”宋建波說，F(xiàn)AST啟用是個重要的開始。