看穿 137 亿光年，中国天眼会帮我们找到「三体星」吗？｜创新大会 2021_风闻

你想看多远？你能看多远？

1996 年，中国的天文学家第一次踏上位于贵州省克度镇南面的「大窝凼」。在葱茏绿树和嶙峋怪石并存的巨大「天坑」里，前来的人惊讶地发现藏匿于其中的烟火气。凼底居住着 12 户人家，房屋错落有致，稻田和果树茂盛遍地。如果不是他们的到来，这个神秘的聚落将以这种形式存续下去。

然而，「外人」的接踵而来增添了另一层神秘感。起初，周围人以为那里埋有矿产，后来又传说发现了外星人留下的东西。不过，令他们意想不到的是，未来在那里要做的事情还真和地外文明有关。

大窝凼所处喀斯特地貌所特有的「漏斗」天坑群，一方面减少开挖量，节约经费；另一方面，作为天然的渗水漏斗（水漏到地下的暗河），免除了对暴雨积水的担忧。这成为「中国天眼 FAST」落建的绝佳优势。比如美国的阿雷西博（射电望远镜）就是建造在波多黎各岛的喀斯特地貌上。

中国天眼造好之前，阿雷西博是最大的单面口径射电望远镜。通过它，天文学们家发现第一个脉冲双星系统，进而间接证实引力波；发现第一颗毫秒脉冲星；发现第一个重复出现的快速射电暴……如果用更加通俗的说法理解此类设备的意义，阿雷西博被评为人类二十世纪十大工程之首，超越阿波罗登月。

1974 年，扩建后的阿雷西博口径达到 350 米，往后推 20 年，中国最大的射电望远镜也只有 25 米口径，刚刚落成在新疆天文台。不过，同样在 1993 年，南仁东担任北京天文学会理事长。国际无线电科学联盟（URSI）建立大射电望远镜工作组，推动新一代大射电望远镜（SKA）的建造。南仁东想促成这个国际性项目最终选址在中国。

贵州有 3000 多个洼地被遥感技术捕捉到，一系列分析和研究之后，南仁东等人要对 100 多个重点地址实地考察。最终 SKA 没有选址在中国，但是南仁东也决定建中国自己的「天眼」。

从 25 米到 500 米的跨越，以今天的眼光看，仍然是个超级「大胆」的故事。做个对比，天眼造价花费 11.5 亿人民币；在 1983 年列入国家重点工程建设项目的北京正负电子对撞机总投资 2.4 亿。不仅是技术难度的陡然提升。直到 2007 年，中国天眼才获得正式批准，它所需要的经费体量，对大量优秀人才的需求等等，远远超越了那个时代所能「供给」。

1931 年，卡尔·央斯基（Karl Guthe Jansky）发现了来自银河系的无线电波。光波透不过宇宙中的尘埃，但是无线电波可以。于是人们也说，用射电望远镜，是去探索我们「看不见」的宇宙。

被称为 20 世纪 60 年代天文学四大发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子，都是通过射电天文的手段取得。基于这四大发现，产生了五项诺贝尔奖。

与光学望远镜不同，射电望远镜用形似碟状的天线接收无线电波，然后反射到悬吊着的馈源舱。天线越大，看得越远，中国天眼的反射面积有 25 万平方米，能够接受 137 亿光年之外的电磁信号，理论上，它是目前「看」得最远的望远镜。

不久前，重达千吨的馈源平台坍塌，让阿雷西博的命运终结。相比之下，天眼将改变光路跟踪的复杂性降到地上，把馈源舱做得轻巧，只有 30 吨。

天眼对于阿雷西博的超越不仅是反射面的扩大，更是想在固定反射面的基础上，造出主动反射面。于是他们要造一种能够实现反射面「变形」的索网结构。

天眼共有 4450 个反射单元，2225 个主索节点以及相同数量的下拉锁，并由液压触控器下拽着。这种结构可以随着天体的移动变化，带动索网上 4450 个反射单元，在射电电源方向形成瞬时抛物面。

如果将馈源舱的外形形象地比喻成望向太空的「眼睛」，极客公园创始人张鹏总结道，阿雷西博是让眼睛「动」了起来，天眼的创新性和复杂性在于让「大脑」（反射面）动了起来，大脑需要比眼睛调动的肌肉更多。创新必然意味着缺少可借鉴性。天眼索网对钢索强度要求为 500 兆帕，抗 200 万次弯曲，高出国际水平的 2.5 倍，此前没人实现过。

但是有些时候，绝对信念可以转化成一份必然的运气。由南仁东所坚持的索网最终造出了 500 米口径射电望远镜，对比阿雷西博，综合性能提高了 10 倍。

2017 年 10 月 10 日，中科院和国家天文台首次发布中国天眼发现六颗已得到国际认证的脉冲星。这是南仁东去世后第 25 天。天眼是一个从选址、立项到施工，跨越二十多年，极其漫长的工程，也几乎消耗了南仁东生命后半程的所有精力。

2005 年，南仁东身体状况每况愈下，加上资金申请不顺利，「在这个满地都是金钱的年代，我这些学生在看星星。他们都是很优秀的人。现在跟我跑山沟，做的这些，跟经济环境格格不入。他们怎么办？」他话里透着极度的焦虑。但也意味着，如此重要的科研工程改变了包括他在内的那一代人的生命轨迹。

2020 年，天眼正式投入运行，很快就为射电天文学做出了贡献。它为快速射电暴（FRB200428）的发现提供了重要线索，快速射电暴作为一种来自宇宙深处的高能天体物理现象，整个爆发过程仅仅维持几毫秒，却相当于太阳在一整天内释放的能量。自从 2007 年人类首次发现快速射电暴以来，始终没有锁定该现象发生的起源。而去年美国和加拿大同时观测到的快速射电暴被认为与一颗已知的磁坨星有关。

接下来天眼将会观测中子星，也会探测宇宙中的中性氢，从而探究宇宙起源和演化，甚至最终搜索可能的星际通讯信号，也就是常说的地外文明。

90 年代中期，推动大射电望远镜的建设意味着我们可以向更高的信息技术转型，与之有关的产业都会升级换代。更加重要的是，它是一种综合实力的映射，是一件非常困难又不得不做的事情。

但是如果今天被问起，人类为什么要用射电望远镜观测脉冲星，科学家们的回答或许很难将其与普通人生活联系起来。

也会有人说，因为天眼所研发的抗疲劳索网技术，后来被应用在了港珠澳大桥的建设中。这样的例子并不少见。气垫鞋、集成电路…这些阿波罗计划的技术「衍生品」，也真切地改变了现实世界的模样。

不过科学家们不会带着造出气垫运动鞋的目的，将宇航员送上月球。更多时候，像天文学这样基础科学的研究和推动在当下时间点看起来毫无用处。

出发点还是满足我们人类一个又一个的好奇心。比如「到底存在外星文明吗？」几乎每个人疑问过，但是只有当观测技术和设备取得巨大进步，达到一定能力后，关于它的讨论才会变得更有意义。