全球最大口徑射電望遠鏡貴州竣工 中國開「天眼」探索宇宙演化史

撰文:鄭子健
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浩瀚宇宙造化無窮,吸引人們探索。為解開宇宙奧秘,多國競相興建天體望遠鏡,在波多黎各的死火山、智利北部的乾燥高原及德國西部叢林山谷,均有龐大的碟形天線搜集來自星海的信息,不斷重繪改良已知星圖。俗稱「天眼」的中國500米口徑球面射電望遠鏡(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope,簡稱FAST)本月初竣工,刷新全球最大射電望遠鏡紀錄,標誌中國科學發展的躍進,可望於未來帶來前所未有的新發現。

從空中俯視「天眼」。(Getty Images)

「天眼」由4,000多塊反射面板砌合,組成半徑達500米球狀反射面,以其相當於30個足球場大小(約25萬平方米)面積,於無邊無際的星海實驗場接收電磁波,足以搜索137億光年以外的已知宇宙邊緣。

「天眼」竣工以前,美國阿雷西博望遠鏡為世界之最,半徑有300米,而「天眼」不只以面積大小取勝,據其工程常務副經理鄭曉年稱,相比美國競爭者,「天眼」綜合指標要提高2.5倍以上,靈敏度亦提升10倍以上,領先業界水準達20至30年。

中國為何要投入這場無休止的技術競逐呢?據「天眼」副總工藝師孫才紅解說,期望「天眼」可在射電天文學領域大放異彩,應用於宇宙演化、脈衝星探測及星際分子三大領域。

探索宇宙演變起始終點

科學家認為,宇宙於大爆炸中誕生,迄今我們仍能找到其遠古痕迹,例如當時形成的中性氫,今日仍發放背景電磁輻射,「天眼」即能夠捕捉這些「最古老」的宇宙信號,從而印證宇宙起源理論。萬物有生亦有死,宇宙中億萬個太陽也不例外,衰亡恆星質量塌陷,其間各有不同階段和形態,「天眼」可透過探測星海間的電子脈衝,鎖定中子星和黑洞,並為其測定質量,以助研究宇宙終章的物質結構和物理規律。

「天眼」能追蹤宇宙終始迹象也許仍屬一般人意料之中,但科學家還根據理論假想,推導出各種可能存在的事物,「天眼」的強大功能正可用來驗證這些天馬行空的想法。一般人或多或少聽過暗物質與暗能量之類概念,「天眼」也許會帶人們認識「奇異星」、「夸克星物質」、「甲醇超脈澤」等超越常人認知範圍的宇宙現象。假如「天眼」有朝一日識別到星際通訊信號,也許還將引領我們接觸星際彼岸文明,我們的世界觀將不再困於地球一隅。

國家榮耀成果難掩代價

時光回溯至1993年,北京天文台(現中科院國家天文台)因應中外科學家訴求,與海內外大學及研究機構聯手合作,設立委員會,直到2007年才正式成立「天眼」專項。在這10多年時間,科學家遍尋神州大小鄉村地區,終於在貴州省平塘縣一條小村,找到天然巨型深坑,土質便於排水,大大減少施工難度;與此同時,中國國力日盛,已累積足夠人力物力以實現「天眼」計劃。

據新華社報道,「天眼」工程耗資超過7億元人民幣,其鋼結構長達1,600米,消耗鋼材達5,600噸,其中包括9,000根高強度鋼索,支撐重達1,300噸鋼質索網,以盛載逾4,000塊反射面板。錢財物力只是先決條件,「天眼」還要技術準確才能有效運作,一為建造準確,如每根鋼索的製作誤差必須於1毫米之內,二為操作準確,如球狀反射面的操作誤差須小於或等於10毫米。

令人眼花繚亂的數字背後雖反映着國家光榮,但也有龐大代價。據英國BBC報道,「天眼」所在地周邊5公里都劃為「無線電靜默區」,禁止使用手提電話和無線網絡,以防干擾百億光年外的電磁信號。數千村民生活不便不在話下,當中更有人因住在施工地段,被迫搬離家園,政府的補償金額卻不如預期。對於種種犧牲,「天眼」總工程師南仁東表示同情,但認為該計劃可為當地帶來大批科學家和遊客,對村民生計應該是好事。
 

為了建造世界最大單口徑射電望遠鏡,中國科學院進行了為期10餘年的研究,選定貴州省黔南州平塘縣的山谷(左上圖)為建造地點。7月3日,隨着最後一塊反射面板的安裝完成(右下圖),「天眼」主體工程完工。(新華社/路透社)

中國是否具良好科研土壤?

官方談論「天眼」時,一直強調整個工程由中國一力完成,本國人員開發超過10項創新技術成果,中國科學家再不用撿拾外國「二手素材」,可於中國土地親身觀測宇宙邊陲的變化。從中除了能滿足理解未知世界的好奇心,還倍增國家自豪感。「天眼」當然不會是天文科研旅途終點,單是中科院國家天文台,過去10年間就另外建成興隆光譜天文望遠鏡及明安圖射電日像儀,未來還會繼續參與「嫦娥」探月工程,為地面提供應用系統。

西方科學家曾利用阿雷西博望遠鏡發現雙脈衝星,為探索重力波取得重要進展,於1993年獲得諾貝爾獎,中國科學家又能否受益於「天眼」之助,得以獲此殊榮呢?「工欲善其事,必先利其器」,不論過去還是未來,中國科學發展總能見到政府身影,供應資金和儀器,但錢財工具要用得其所,關鍵仍在使用者能力高低,也取決於他們是否有機會發揮所長。

官方《人民日報》今年初曾發表報道,認為中國科研發展節節上升,屢有成果,但也經常爆出醜聞,如濫用科研經費,又如上百篇科研論文捲入造假風波,反映資源未能用得其所;另一方面,科學家亦不時要抗衡「部頒標準」(政府部門頒發的標準),例如最近中宣部印發《中國公民科學素質基準》,列舉「陰陽五行、天人合一、格物致知」等哲學概念為科普內容,就惹來8名科學家聯名反駁。

或許,「天眼」竣工落成正好是一個契機,在追尋宇宙真相與「享受國家光榮」以外,細思中國是否具備良好的科研土壤。
 

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