中国天眼凝望苍穹(2)

　　500米口径球面射电望远镜，FAST的全新设计理念开创了建造巨型望远镜的新模式，突破了传统望远镜的百米工程极限，同时也带来了极大的技术挑战。根据设计，FAST巨大的反射面要能根据天体的目标位置实时地主动调节形状，30吨的馈源舱要在140米的高空、206米的范围内运动，所有的控制精度要达到毫米级。

　　“这在我当时的认知范围内觉得太不可思议了。”回忆当年的情形，FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏曾在接受媒体采访时坦陈，甚至一度觉得这个项目可能是一个忽悠人的项目。

　　的确，巨大的工程体量、超高精度要求以及特殊的工作方式，让FAST的艰难程度远超想象。怎么办？过河架桥、逢山开路，FAST团队克服了力学、材料、大尺度结构等领域诸多技术难题，铸就了独一无二、世界领先的超级工程——中国天眼。

　　例如，他们研制的超高耐疲劳特性的钢索，超过国内、国际相关标准规范的2.5倍；创新采用世界上最大跨度柔性并联机器人和刚性6自由度并联机器人构成的两级调整机构，实现了馈源均方根值10毫米的高精度定位；创造性地将卫星定位、惯导和全站仪多种测量技术融合，实现了全天候、大尺度、高精度的馈源支撑系统动态测量……

　　苦心人天不负，百二秦关终属楚。选址、论证、设计、建设，在党中央和国务院关怀下，经过前后四代数百名科研工作者坚持不懈地努力，2016年9月FAST落成启用，2020年1月通过国家验收，无可争议地成为当今世界上最灵敏的射电望远镜。

　　与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST综合性能提高约10倍；与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪10大工程之首的美国阿雷西博射电望远镜（Arecibo）相比，FAST灵敏度提高约2.5倍。从理论上讲，FAST可接收到137亿光年以外的电磁信号，这个距离接近宇宙边缘。曾有专家形象地说，“它灵敏到可以在雷声中分辨出蝉鸣”。

　　走到视界最前沿

　　2020年10月29日和11月5日，两篇基于中国天眼的快速射电暴方面的研究成果在《自然》杂志发表，让中国天眼再次站上了世界舞台。

　　关于快速射电暴的起源机制，此前众说纷纭。这些理论研究主要划分成两大“门派”，一方认为这样的毫秒射电爆发是宇宙灾变事件造成的爆发，而另一方则认为它是粒子在强磁场中穿行产生的。“FAST的观测结果直接终结了‘理论争锋’，通过对11次射电爆发的高灵敏度偏振信号解析，我国科研人员用直接的观测结果否定了宇宙灾变的理论。”在中科院国家天文台首席研究员韩金林看来，FAST的顺利运行使得我国相关科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量。

　　不只是快速射电暴“捕捉能手”，随着性能的提升，FAST的科学潜力正逐步显现：超强灵敏度使其在射电瞬变源方面具有重大潜力，有望在短时间内实现纳赫兹的引力波探测、捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波，为研究宇宙大爆炸原初时刻的物理过程提供数据支撑。

　　不仅如此，FAST还有另外一个重要用途：探测低频引力波。2016年2月，LIGO合作组宣布首次直接探测到广义相对论预言已久的引力波之后，对引力波的探测已经成为天文学界的热门话题。通过对毫秒脉冲星的长期监测，选取一定数目的毫秒脉冲星组成计时阵列，可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。

　　此外，在高精度地矿勘探方面，FAST可以利用惯性组件与卫星导航融合技术，为重力测量提供高精度的位置和方位姿态基准；在海洋测绘中，FAST采用惯性组件与声呐等测量技术融合，实现海底测绘，为勘探区作业的机器设备建立高精度的时空和姿态基准。