找一个山谷
架起一座望远镜
带着我们的好奇心
听宇宙的呼吸
1963年,美国科学家在波多黎各修建了阿雷西博射电望远镜 (AreciboObservatory)
直径 305 米,是当时世界上最大的射电望远镜
阿雷西博射电望远镜
射电望远镜接收数亿光年以外的电磁波,这是宇宙真正的语言
阿雷西博望远镜在半个世纪内发现了双脉冲星,间接验证了引力波
这是人类天文学史上「分水岭」式的发现
第一个射电脉冲双星系统PSR191316,并获得诺贝尔奖
20 世纪末
通信工具的大量使用严重干扰了射电望远镜的监测
望远镜要聆听宇宙的「轻声细语」,却被喧嚷的噪声淹没
普通射电望远镜阵
要再次听到宇宙的语言
只有造个更大、更灵敏的「大耳朵」——新一代射电「大望远镜」
而修建大望远镜,则事关中国天文研究在新世纪能否与国际同步甚至领先于世界
这时有一个人向中国科学院提了一个大家想都不敢想的建议
「咱们也建一个吧」
这个人就是南仁东
2016 年 7 月,中国终于有了世界上最大的射电望远镜——FAST (Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope)
500 米口径球面射电望远镜
FAST 基本数据:
面板:总共 4450 块,面板边长平均约 11 米,全铝结构,总重约 2400 吨,共 395 种尺寸
促动器:液压型促动器,最短长度分为 1.780 米和1.380 米两种规格,促动器数量 2225 个,每个重量不超 120 公斤
可观测最大天顶距:40°
可观测频率:70MHz ~3GHz(未来可以升级至8GHz)
波段角分辨率:2.9 角分
地理坐标:25.6525°N 106.8567°E
照明口径:300 米
深度:134 米
张角:112.8°
索网:口径 500 米,曲率半径 300.4 米,采用短程线分型(最均匀的球面网格划分方法),总共 6670 根主索,2225 个主索节点、下拉索,总重约 1600 吨
钢丝有效截面积:介于 280 ~1319mm2 之间 300 米
下拉索长度:介于 1~60 米之间
据说还有专家计算过,如果在这煮一锅饭,够全世界的人一起吃 3 天
FAST 射电望远镜
有了它,天文学家可以测脉冲星、中性氢、黑洞吞噬小天体,探索星体演化、宇宙起源,甚至外太空智能生命等等
探索外太空智能生命
它就像千里眼、顺风耳
可以让天文科学家和宇宙有进一步的亲密接触
FAST 的总工程师和首席科学家正是南仁东
南仁东
这一次,中国人终于可以说,「外星人,快到碗里来。」
从一句「咱们也建一个吧」到 FAST 工程主体落成,南仁东花了整整 22 年
以 98.6 的平均分毕业(总分 100),吉林省理科状元,被清华大学无线电专业录取
即使和现在那些被标上「天才少年」的年轻科学家比,南仁东当时也毫不逊色
进入清华,正赶上全国大学生都在风风火火地搞「大串联」
南仁东趁着热闹四处游玩
从北京经上海转到广州,接着是四川、陕西、甘肃一直越过天山
21 岁到了南疆,后来经由呼和浩特返回,终于在毕业典礼之前赶回了学校
穷游什么的都是南爷爷玩儿剩下的
1966 年,中央文革表态支持全国各地的学生到北京交流革命经验,也支持北京学生到各地去进行革命串联
毕业后南仁东被下放到吉林长白山附近的车间
长白山广袤的森林和黑土地,更进一步解放了南仁东的天性
动荡时局里,南仁东倒做了个自在的悟空
长白山风景
长白山风光极佳,南仁东索性做起了艺术家
他头发留得很长,沉迷画画,画漫画也画毛主席像,同时也做工匠、开山、放炮、水道、电镀、锻造等
那时的南仁东,是中国版的达·芬奇
一身工匠精神的他在长白山区玩得不亦乐乎
还凭着无线电的技能当了无线电厂的技术科长
在工厂待了 10 年,这里已经满足不了南仁东好奇的天性,他决定考天文学的研究生
除了他从小就能知道天上星星的名字外,主要是因为天文考试的资料很薄,他觉得也许容易考
即使后来在天文台做了研究员,他也经常穿着一身超越大众审美的白色三件套西装
别人眼里,他更像是一个艺术家,而不是科学家
天文研究需要到世界各地进行观测,南仁东也已经飞遍全球
他主持国际会议,使用国际甚长基线网对活动星系核进行系统观测研究,实现了 VLBI 数据分析,在国际天文学界小有名气
然而多年来四处奔波,借用别的国家的射电望远镜,复杂的程序和对新一代研究的延滞都让南仁东内心感到深深的疲惫和忧虑
早年的南仁东四处奔波
做射电天文研究而没有射电天文望远镜,就像悟空没有了十万八千里的筋斗云,脚下被绑上了枷锁
所以,他向中国科学院建议:「咱们也建一个吧!」
为了这一句话,言行无忌的悟空变成了一心护法的孙行者
他在日本做客座教授,一天的工资顶国内一年的工资
直到真正开始做这个射电天文望远镜,他才开始了比八十一难更残酷的历练
从项目一开始,他们就选择了小数量大口径射电望远镜类型,与国际主流正好相反,整个项目完全不被看好
定下来以后,才发现在中国找一片适合建射电望远镜的荒芜人烟的开阔地域,实在太难了
直到 1994 年 4 月,南仁东带着一群人去了贵州喀斯特洼地,这些洼地是他最后的希望
走了几百个窝凼(水坑),终于看到了绿水村的大窝凼,南仁东站在大窝凼中间兴奋地说:「这里好圆!」
贵州喀斯特洼地的一个天然大坑
原来的设想终于有了希望。南仁东和同行的科学家正式提出了利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想
预计投资 2 亿美金,然而得到的答复依然是长久的沉默
这么大的项目,不仅是科研资金的风险,也势必影响中国天文研究的整个研究方向
但是,不立项就没有一切。南仁东必须在技术上给出有力的证明
2004 年南仁东做客《百家讲坛》
悟空为了一心护法,放下了骄傲,成了行者
南仁东找回了青年时期从事多工种和环游全国的经验技能
只不过这一次,他要做个「小推销员」开始自己的全国巡演了
「我开始拍全世界的马屁,让全世界来支持我们!」
这马屁一拍就是 11 年
1995 年到 2006 年南仁东的立项申请书上出现了 20 多个高校科研合作单位
项目有了一定的知名度,技术也有了一定的突破进展
2006 年,在立项申请书最后的国际评审中,52岁的南仁东已经在这个项目上钻了 12 年
他用英文发言,并且提前背下了整篇稿子。悟空到了 52 岁,也还是斗战胜佛
终于立项成功,项目启动
FAST 射电望远镜工程奠基典礼
12 年的工程规划和技术准备,对大多数科研技术项目来说都是难以想象的
和那些在实验室研究了两三年就能宣称发现能改变世界的技术的年轻科学家不同,中国的老科学家们在科研这条路上走得格外严谨和保守
满脸皱纹的南仁东在指导工作
南仁东成了 FAST 的首席科学家和总工程师
他几乎参与到 FAST 设计的每一个环节中
在这个项目里会涉及的面很广,有天文、力学、材料、机械、无线电等等
其他科学家能覆盖到两个面就很不错了,但南仁东几乎都懂
他的成长经历造就了他,仿佛他就是为这个异常繁杂的大工程而生的
他说:「这是我这一辈子做过的最艰难的事。」
直到这个项目主体落成,南仁东已经在「为中国建一个世界上最大的射电望远镜」这件事上坚持了 22 年
22 年的辛勤筹备不会白费。FAST 在技术层面上也远远超越阿雷西博
中国的 FAST 镜面直径更大(500 米),望远镜的灵敏度是阿雷西博的 2.25 倍
更为重要的是,FAST 覆盖天空的张角为 40°,而阿雷西博只有 20°
这意味着 FAST 能够轻松突破阿雷西博望远镜因张角太小所面临的观测天区面积小的限制
另外,FAST 首次采用轻型索拖动机构和并联机器人,实现望远镜接收机的高精度定位,这与设计建造于 50 年前的阿雷西博望远镜相比已不可同日而语
FAST 的出现,必定给中国乃至世界的天文领域带来巨变
「我谈不上有高尚的追求,没有特别多的理想,大部分时间是不得不做。人总得有个面子吧,你往办公室一摊,什么也不做,那不是个事。我特别怕亏欠别人。国家投了那么多钱,国际上又有人说你在吹牛皮,我就得负点责任。」南仁东轻描淡写地带过了自己 22 年来在这个项目上的投入和坚持
他没有说梦想,也没有说这一路走来的艰辛
只是,「一点责任」而已
在这个连科研都频频作假的时代,南仁东这沉潜的 22 年是一个中国传统的科学家身体力行「科研的本分」
专注、踏实、勤勤恳恳,哪怕一生只完成这一件事
【本文节选自《中国奇迹》,知乎周刊出版,有删减;如有侵权,请联系删除】
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