考察中国的“听天大耳”

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报告：“大、大王，洞外有一秃头老者来访，非要见您不可！”“他还给了一张名片，”另一只小猴子说，“请大王过目。”
接过名片一看，见那上面写着“外星文明探寻研究所所长秃头博士”等字样。“好，请博士先生进来！”我下了命令。
秃头博士是一位快言快语、热情奔放的老人，见了面就像见了老朋友似的，紧抓住我的手，说：“可找到你了！我们外星文明探寻研究所正在多方网罗科学奇才。你这个泼猴，每天光知道玩儿可不行，新时代要干点正经事啦。我所决定聘你为特约研究员，利用你的一技之长，帮人类探索地外文明！”接下来，秃头博士罗列了一大堆理由：“你看现在，地球温室效应日益严重，淡水资源匮乏：人们拼命向地球索要能源、矿产，把地球挖得千疮百孔，矿难时有发生；尤其各大城市里，钢筋混凝土的建筑林立，车流拥挤不堪，雾霾四处笼罩，常常一连数日见不到阳光：就说那些旅游景点吧，也是上山看屁股，下山看脑袋，人满为患……必须找到几个新的‘地球’，进行星际移民。”我说：“博士先生，我懒散惯了，可没搞过科研哪！您叫我从哪儿起步呢？”秃头博士抓了抓光光的头顶，说 ：“人类探寻宇宙无非就是两种手段——观天和听天。观天，就是使用各种天文望远镜，包括设在天文台里的望远镜和哈勃、开普勒那样遨游在太空的空间望远镜，再就是发射各类探测器，进行临近观测：听天，就是科学家建造的大大小小的射电望远镜了。你那六个‘善聆音’‘能知千里外之事’的耳朵，不就是一架奇特的迷你射电望远镜吗？”
我似懂非懂，懵懵懂懂地点着头。
听秃头博士“布道”
时间不长，我们就来到了外星文明探寻研究所。走进博士的办公兼实验室，博士让我坐在椅子上等他调试电脑和其他一些仪器。这时我有点儿忐忑不安——博士讲的我能听懂吗？过去，我只听过如来佛祖讲经布道，现在博士要讲的可是现代高精尖的科技知识呀……我必须仔细听，好好学，以便胜任我的特约研究员的工作。
“今天，”博士开口了，“我先给你简要讲讲什么是射电望远镜。以后，作为研究员、访问学者，你自己去实地考察考察就清楚了。”说着，秃头博士敲了下他桌上计算机的键盘，对面整面墙壁马上变成了一个大大的屏幕，屏一幕上显示出各式各样的天文望远镜。他指着一个巨碗模样的家伙说，“这是建在波多黎各阿雷西沃山谷中的美国阿雷西博射电望远镜。它的主反射面是球面，直径达350米，由38778块金属板（每块面积约1米×2米）拼接而成，由电缆相连，形成极强的电磁波收集能力，以此‘接听’宇宙信号。据我掌握的情况，该望远镜是目前世界上最大的单口径射电望远镜。”
“嗯，怎么给你讲得更明白些呢？”秃头博士又抓了下光光的头顶，若有所思地说：“射电望远镜，与其说是‘望远’，不如说是‘听远’更确切，因为它是一种用来‘接收’、研究来自遥远太空、星系射电波的天文设备，其主要构造包括收集射电波的定向天线（就是那只巨碗）、放大射电信号的高灵敏度接收机、信息记录、处理和显示系统等。”
你看，这就是建在山坳里的阿雷西博射电望远镜。上图是它的结构照片——一个重达500吨的三角形平台和可移动馈源臂悬挂在主反射面上空，由连在三座高达10O米铁塔的18根铜索支撑着。平台下方悬挂着离主反射面508米的一个圆屋，重75吨，直径24米，在其中放置了两个反射面称之为格雷果里副反射面、雷达发射机和微波接收机。
忽然，秃头博士冲着阿雷西博射电望远镜的照片挑起了大拇指，“这家伙自1963年启用，已有几千位科学家使用了它，也迎来过许多少年天文爱好者和各种职业的参观者。电影明星和好莱坞电影制片人也常常光顾这里，拍摄过好几部不同题材的电影。阿雷西博射电望远镜主要的研究对象是类星体、脉冲星以及处在宇宙边缘的其他射电源。最激动人心的观测成果是1974年泰勒和赫尔斯教授发现的一个射电脉冲双星系统。这是一个双种子星系统轨道周期为7.75小时。根据广义相对论推算，这个双星系统的引力辐射十分强。引力辐射将导致双星系统轨道周期的明显变化。泰勒教授利用阿雷西博射电望远镜进行了上千次的观测，获得这颗脉冲星20年的轨道周期值，证明观测结果与广义相对论计算结果十分相符，终于证实了引力波的存在。为此，泰勒和赫尔斯一起荣获了1993年诺贝尔物理学奖，这也成为阿雷西博射电望远镜的骄傲。它的再一次重大收获是1991年天文学家沃斯赞和弗雷尔用这个望远镜发现了毫秒脉冲星PSRl25712的行星系统，轰动科学界。这是天文学家首次发现的太阳系外的行星系统，是一次重大的突破。”
“为了主动与地外文明联系，1974年科学家用阿雷西博射电望远镜的雷达装置向武仙座M31球状星团发去电报，告诉那里可能存在的‘智慧生物’，我们太阳系有氢、碳、氮、氧、磷五种重要元素，以及人类生命，人体形状和高度、地球上的人口等信息。”
“电报是用二进制的系列脉冲写的，以每秒10个字的速度发出，它以光速传播，到达目的地要2400年，如果那里的外星人收到电报
这是它的工作原理图——射到主反射面的天体射电波被反射到第二个反射面然后再反射到第三个反射面，最后到达接收机屋内的焦点上，不同的馈源连接在不同波段的接收机上，各个接收机装置在一个可转动的圆盘上。圆屋可以沿着曲线的臂上下运动，这个臂也可以旋转。圆屋的设计是为了防止恶劣天气对小反射面的伤害，也为防止人为的电磁干扰。后立即给我们以同样速度回电的话，地球人要在4800年以后才能收到。哈哈，到时候，只有你这个长生不老的神猴见得到了！”
秃头博士呷了一口茶水，又道：
“得令！”我扮了个鬼脸，抄起工作包，一个筋斗云就来到了中国贵州的平塘县上空，按住云头，定睛一看，不禁令我大呼一声——“这才是世界最大！”
同学们，你知道我看到了怎样的场景——在一个叫“大窝凼（dang）”的喀斯特洼地里，一个巨大无比的“大碗”恰到好处地镶嵌在那里。好家伙，足有30个足球场那么大！我知道，这就是秃头博士讲的射电望远镜的巨型天线哪！
一位年轻的科学家——张主任接待了我。得知我是“外星文明探寻研究所”秃头博士派来的访问学者，张主任高兴地说：“秃头博士我知道，他曾是我的‘博导’呢！”
我跟张主任请求说：“我才入道，还是个‘菜鸟’，请您用通俗易懂的语言给我介绍一下中国这个‘听天大耳’的立项、选址及建设进展情况。”
张主任笑道：“谁不晓得您假美猴王的本事呀！您可是‘听天’的老前辈了。不过，科学发展日新月异，有些东西真的不大好理解，我尽量给您‘科普’点儿就是了。”说罢，他起身把我带到施工现场，边走边指着各种实物、仪器给我讲解。我呢，一边忙着拍照，一边用我那迷你超级电脑做着记录。
“中国这个世界空前的500米口径球面射电望远镜项目简称FAST，是1994年提出来的。此后，科学家们苦苦寻找，经过近十年的论证，才确定FAST探测基地落户在贵州省平塘县这片名为大窝凼的喀斯特洼地。”
“为什么非要选择这种喀斯特洼地呢？”我不解地问。
“大窝凼这个天然的洼地，不仅刚好盛起望远镜如30个足球场面积大的巨型反射面，而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透，而不会在表面淤积、腐蚀和损坏望
远镜。另外，大射电望远镜的观
测虽然不受天气阴晴影响，但在
选址中对无线电环境要求很高。
关于美国的阿雷西博射电望远
镜就介绍到这里。你的任务是要考察中国的射电望远镜的建设情况。听说他们在贵州建设了一个比美国的阿雷西博射电望远镜更强大的射电望远镜。你带上工作包马上出发，三天后我要见到你的考察报告。调频电台、电视、手机以及其他无线电数据的传输都会对射电望远镜的观测造成干扰，就好像在交头接耳的会议上无法听清发言者讲话一样。大射电望远镜项目要求，台址半径5千米之内必须保持宁静，电磁环境不受干扰。大窝凼这片凹地，恰恰具备了这些条件——在5千米半径之内没有一个乡镇，25千米半径之内只有一个县城，是最为理想的选址。
“射电望远镜与光学望远镜不同，它既没有高高竖起的镜筒，也没有物镜、目镜。巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线、球面天线、螺旋天线等。FAST为500米口径球面射电望远镜。”
“天线对射电望远镜来说，就好比是它的耳朵，它要把‘听’到的，也就是接收自宇宙的微弱无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波导）把这些信号传送到接收机中去放大。放大射电信号的接收机工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。它将信号放大，从噪声中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。记录的结果为许多弯曲的曲线，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。”
“该射电望远镜可以用来监听外太空的宇宙射电波，其中包括可能来自其他智能生命的‘人工电波’：在电力充足的条件下，FAST还能发送电波信号，几万光年远的‘外星朋友’将有可能收到来自中国的问候。”
“道2015年国庆前夕，FAST项目已经完成了长度3.5千米的10千伏高压线缆通过耐压测试和变电站设备的调试，标志着‘听天大耳’已经成型，工程进入最后的冲刺阶段。全部工程将于2016年9月前完成。它——FAST——中科院国家天文台500米口径球面射电望远镜像一轮朗月正冉冉升起在东方大地……”
张主任的介绍，把我带入了一个神奇的迷境，他讲得太好了！最后，他笑道：“探寻宇宙的奥秘，从来就是人类的梦想。中国古人很具想象力。您这位假美猴王，实际上就是中国古人探知宇宙梦想的一个化身哪！”
参观、访问完毕，我很快回到“外星文明探寻研究所”，在向秃头博士做了口头汇报之后，又提交了书面考察报告。看着考察报告，秃头博士不住地点着头，以资深科学家前口吻下了结论：“中国的FAST比美国的阿雷西博射电望远镜观测面积增加了许多，名副其实地成为世界第一大单口径天文望远镜，且灵敏度比阿雷西博射电望远镜提高了2.25倍，它将在未来20年至30年内保持世界领先地位。投入使用后，FAST将使中国的天文观测能力延伸到宇宙边缘，可以观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。”说着，秃头博士情不自禁地挑起了大拇指：“中国人了不起，他们正在通往实现中国梦的道路上快速奔跑呢！”