中国天眼：深山里的灯塔

当地外文明靠近地球，准备一探这颗太阳系中的蔚蓝星球时，却赫然发现这颗星球上已经悄然睁开一只巨眼，正安静地凝视着宇宙，与地外文明遥遥相望……

这科幻小说般的开头，因为被称为“中国天眼 ”的500米口径球面射电望远镜（FAST），或许会在未来的某一天成为现实。这只在贵州省平塘县“睁开”的“巨眼”自2020年1月正式对国内开放运行以来，已经“捕获”371颗脉冲星的信号，是在同期世界上其他所有望远镜发现脉冲星总数的3倍以上。

夜色中的“中国天眼”全景（检修期间拍摄）/ 图源新华社记者欧东衢

“脉冲星就像是宇宙中的灯塔。”FAST观测基地办公室主任赵保庆说。借助对脉冲星的研究，科学家们可以探测引力波，研究航天器导航，甚至可以研究超新星爆发和测量黑洞质量。

FAST作为目前全世界最大、最灵敏的巨型射电望远镜，也如同浩瀚无垠的天文世界中的一座灯塔，源源不断地提供研究数据，为天文研究指引方向。靠着FAST的“灯塔之光”，研究者们正朝着正确的方向缓慢而坚定地靠近。

这座巨型射电望远镜，由4450块反射面组成一个近似半球的形状，它将宇宙传来的微弱射电信号聚集到半球上方悬挂着的馈源舱内，以便科研人员监测。

由于是个中间凹陷的近似半球体，FAST被人戏称为一口银色的“大锅”。但这口“大锅”的总面积却有约30个足球场大小，容积共计约1500万立方米，这是目前世界上最大的单口径射电望远镜。

1月8日拍摄的中国天眼全景（检修期间拍摄）/ 图源新华社记者欧东衢

作为全世界最灵敏的射电望远镜，FAST的观测能力约是曾经“地面最大的机器”德国波恩望远镜的10倍，是过去号称50年来未被超越的美国阿雷西博300米望远镜的2.25倍，这意味着FAST能捕捉到过去从未被捕捉到的宇宙射电信号。它默然立在贵州环抱的青色群山之中，敏锐地“聆听”着来自宇宙的信号，然后再将它们提供给全世界渴望探索这片苍穹奥秘的研究者。

天体物理领域中有一句俗话，叫做“两暗一黑三起源”，它们充分概括了像FAST这样的天文望远镜的科学使命。即，探寻暗物质和暗能量，研究黑洞，追溯天体、宇宙和生命的起源。

从大观之，FAST在2021年再次成功发现了四个新的快速射电暴。这种来自银河系外的神秘射电天文现象，能在几个毫秒内释放出巨大的能量，可以想像，在比你眨眼的瞬间还短的时间内，快速射电暴就释放出了太阳一整天内的能量。

自首次被发现以来，这种惊人的射电天文现象就一直让天文学家百思不得其解，而FAST观测到的四个快速射电暴则来自宇宙早期阶段，对它们的分析有助于人类进一步揭开宇宙起源的神秘面纱。

见微知著，371颗脉冲星的发现，则让FAST能够协助验证很多科学规律。FAST总工程师姜鹏表示，他们目前希望发现一些“奇怪”的脉冲星，因为反常的信号背后可能蕴含着更重要的信息，更有希望能实现天文领域的重大突破，甚至可能通过它实现黑洞质量的精确测量。

为了发现这种“奇怪”的脉冲星，首先需要一个量的积累，这也是FAST目前正在发力的方向之一——踏踏实实做好信号监测工作，厚积而后薄发。这不仅是FAST的特点，同样是FAST背后的研发团队的真实写照。

FAST研发团队的成员，来自结构、电子、测量、控制、基建等不同的学科领域。他们像是大海里一座座灯塔，微弱的光组成浩渺大海中的航向指引。正如总工程师姜鹏所说，他们中大部分人都没有光鲜的职称、令人瞩目的专利，但就是这群普通的科研工作者，潜心钻研，二十六年如一日，将FAST一点点磨成了国之重器。

姜鹏作为FAST现任总工程师，无疑是最能代表这种专注气质的人之一。他出生于1978年，同年召开的中国科学家大会，为中国科学界带来春天。因此在他的成长过程中，科学家是最为崇高的职业，一路读书做研究成为最自然而然的选择。2009年加入FSAT研究团队时，水利水电专业出身、擅长力学结构的他，还是天文的“门外汉”。但十多年专注于FAST项目建设，让这位“门外汉”对宇宙的了解深入而富有远见。

姜鹏曾经负责FAST工程关键的索网建设。天眼如果想要变成一只灵活的眼睛，就需要支撑反射面的索网能够在球面和抛面之间进行变形，这对于钢索的应力幅（最大拉应力和最小拉应力之间的差值）和耐疲劳性，提出了极高的要求。在天眼建设之前，国内原有的钢索可以实现200MPa应力幅、20万次循环加载。这样的性能，对于天眼的建设还远远不够。毫无意外，项目初期，钢索的疲劳试验均失败了。

“我们的解决方法就是不断调试。”负责这项工作的他，带领团队跑了国内许多个厂家，用了两年的时间，一点一点钻研超高疲劳性能钢索的研发技术。他曾经在《科学大家》中这样介绍最终的解决方案，“我们全方位地改变了钢索的制造工艺，包括扭制工艺、涂层工艺等。” 最终的钢索性能提升到500MPa应力幅和200万次循环加载，是国际相关标准规范的2.5倍。

无论国内还是国外，像FAST一样的射电望远镜的建设都无先例可循。独一无二的工程，意味着独一无二的困难。姜鹏回忆起工程建设的艰难，仍然十分感慨，“在这个过程中，我们遇到了许多传统工业不曾遇到的问题。”

工作人员对FAST反射面板进行检修 / 图源新华社记者刘续

不断试错成为FAST团队的选择。“很多实验就是持续的失败。” 办公室主任赵保庆告诉记者，“每次失败之后，发现相应的问题，一点一点进行调试，每次都有一点改善，只有最后一次会成功。” FAST团队，就是在二十余年的时间里，一点一点磨出了这个宇宙天眼。

持续的失败总会带来无数质疑的声音，在天眼制造过程中，外界对于项目能不能做出、值不值得做的讨论，一度甚嚣尘上。相较于外界的争论，FAST团队的成员几乎没有受到太多干扰，把心扎根到深山里。如今的FAST团队，有100多位成员，一部分人员在天眼现场测量数据，另一部分在北京负责基础研发。二者互为补充，共同搭建成为一支持续稳定的FAST科研团队。地处偏远，没有都市的繁华，清苦不可避免，但很少有人选择离开。

竣工之后，天眼和团队都有很长的路要走。在姜鹏看来，未来一段时间内，脉冲星的物理机制将是研究的重要方向，相关的研究发现能够提高时间测量精度，具有重要的意义。

深山之中，星辰更加透亮，脉冲星发射的信号，和深山之中FAST科研工作者们的理想，遥相呼应，连接成探索宇宙的每一步行动。在通向正确答案的道路上，每一颗星的信号、每一个人的投入，都至关重要。姜鹏说道，“我们想把FAST用好，一步一步、脚踏实地地往下走。”

工作人员在中国天眼总控室内工作 / 图源新华社记者欧东衢

作者｜张静 李瑶琦