“警告你：不要回答！不要回答！不要回答！你的方向有数百万颗恒星。如果你回答，发射源就会被定位，你的行星系统将被入侵，你的世界将被占领！不要回答！不要回答！不要回答！” 这里是科幻小说《三体》中女主角所在的“红岸基地”，意外收到了来自外星文明的无线电波。
事实上，在贵州省平塘县科都镇金科村“大窝荡”洼地里，正在建设现实版的宇宙电波接收“红安基地”。 目前世界最大单口径射电望远镜“FAST”（FAST）建设项目已进入冲刺阶段。 建成后，这台直径500米的球面射电望远镜的接收面积相当于30个足球场。
2015年12月26日，FAST助理总工程师、反射镜系统副总工程师姜鹏在北京举行的2015年公众科普讲座上，揭秘了“天眼”是如何建造的以及建造过程中如何克服相关技术挑战。天文馆。 据悉，与被评为20世纪人类十大重大工程的美国阿雷西博望远镜相比，“天眼”的综合性能提高了约10倍。 整个项目预计将于2016年9月竣工。
发现300多个洼地
终于，花落在了贵州的“大窝荡”
很多人可能会疑惑：“天眼”为何选择地形复杂的贵州省？ 据姜鹏介绍，为了给“天眼”找到合适的“眼窝”，科学家们花了十几年的时间。
●1993年国际射电联盟大会上，中国等10个国家的天文学家提出建造新一代射电“大型望远镜”，旨在追溯原始宇宙，解答许多天文学难题。
●1995年底，中国无线电“大望远镜”推进委员会提出利用贵州喀斯特洼地建设球形反射镜的“喀斯特工程”概念。 经过反复筛选，我们终于在平塘县克都镇找到了“大窝当”——最适合巨大“天眼”的深邃“眼窝”。
●2007年，项目正式立项并选址。
●2011年3月，FAST项目在贵州开工建设。
选址花了这么长时间，因为项目组一直在思考如何尽量减少开挖量。 通过卫星搜索，工程师们已经找到了全国300多个洼地。 经过层层筛选，人们发现黔东南的“大窝荡”洼地形状大而圆，与FAST的形状最接近。
另外，这个洼地附近人烟稀少、安静的荒野环境，也有利于减少电磁波对FAST造成的干扰。 综合这些因素，“眼窝”最终在2007年落入“大窝当”。
复杂地形“铸造”
直径500米的“大锅”
与一般罐式卫星天线的工作原理类似，FAST由两部分组成：反射信号的抛物面和接收信号的馈源。 利用抛物面（俗称“锅”）的反射聚焦将信号聚集到一点。 这里的抛物面在形状上看起来就像一个巨大的“锅”。 只不过，它所包含的，是“外太空来客”发出的信号。
此次施工地点位于崎岖山区。 如何在复杂的地形中铸造出直径500米的“大锅”着实让专家们苦思冥想。 各界人士纷纷提出想法和建议。 有人曾提议使用单独的技术，在下方采用密集的刚性支撑。 但最终还是采用了“索网”方案。
根据“索网”计划，“天眼”工作时可以跟随天体自转，跟踪扫描无线电源。 科学家们首先控制六根钢缆驱动饲料舱在距地面140-180米、直径207米的球形冠面上移动。 然后，2225个执行器拉动钢索网，带动网上4450块反光板聚集“天眼”。 这样天眼就可以像人眼一样自由转动了。 反射板接收到无线电电磁波信号后，会将宇宙信号汇聚到馈源舱。
拼接反光板
一切取决于工程队的空中作业
去年2月4日，FAST电缆网竣工安装。 现在，如果你有机会到项目现场参观，你可以看到一张由6000多根钢索编织而成的巨大“渔网”。 但姜鹏表示，看着这张蔚为壮观的网，编织起来并不容易。
据了解，整个有线网络共有2225个节点，有线网络的安装跨度非常大。 工程团队利用高空作业将每块索网和反光面板吊起，经过精确的位置测量后完成拼接。 表面形状的控制偏差必须在一定限度内。 为了保证精度，专家专门搭建了恒温室来生产电缆。
更大的问题来自于温度变化引起的钢柱变形。 50℃的温差意味着300mm的变化。
蒋鹏说，为了适应山体的起伏，支撑反光面结构的钢柱有不同的高度。 为防止不均匀变形，在圈梁与钢柱连接处增设滑动支座。 这样，支撑环梁就可以在支撑柱上自由伸缩，变形更加均匀。 这就像为变形留有缓冲空间，最大变形距离可以达到0.47米。 这样，打通了“视神经”的“天眼”就可以灵活地改变焦点了。
值得一提的是，由于自身重量和风载荷造成的变形，传统全活动望远镜的最大口径一般只有100米。 采用索网结构的直径500米“天眼”轻松突破100米极限。 它不仅开创了巨型射电望远镜建设的新典范，而且投入使用后灵敏度达到美国阿雷西博天文望远镜的3.25。 次。
《天眼》完成后
将寻找外星理性生命
即将竣工的“天眼”工程，从启动至今已走过20多年。 投入使用后，它将在哪些领域大显身手？ 中国科学院国家天文台射电部首席科学家李谷在接受媒体采访时表示，“天眼”的主打还是在天文领域，比如：探测遥远的物体宇宙中的信号和物质，进行从宇宙起源到星际物质结构的讨论，寻找微弱脉冲星和其他微弱射电源，对地外理性生命进行高效搜索等。
FAST项目常务副经理、国家天文台副台长郑小年在接受媒体采访时也表示物理学家李菂，建成后，“天眼”将能够巡视宇宙中的中性氢、探测星际分子，观测脉冲星，寻找星际通讯信号。 借助这只锋利的大眼睛，人类在寻找地外文明的道路上又向前迈进了一步。
去年12月初，法国国家科学研究中心（CNRS）和天体物理与行星学研究所的天体物理学家皮埃尔·马丁（ ）利用美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜扫描了银河系。 在距地球数光年远的其他星系中发现了第一颗伽马射线脉冲星，创下了已知最亮伽马射线脉冲星的新记录。 探测河外脉冲星本身就是FAST的目标之一。 据中国科学院国家天文台测算，“天眼”电缆网的变形次数约为100万次以上，使用寿命为30年。 李哥对FAST未来的表现非常有信心。 “建成后，FAST将在未来20年保持世界级地位。”
6座100米高的支撑塔
通过控制6根钢索，驱动饲料舱在距地面140-180米、直径207米的球冠面上移动；
饲料舱重约30吨（含星架、平台、舱盖等设备）；
2225个执行器拉动钢索网，带动网上4450块反光板聚集“天眼”。
“天眼”如何避风雨雷电
“天眼”建在贵州的“天坑”里。 如此巨大的庞然大物，如何能够躲避风雨雷电呢？
科学家在选择地点时已经考虑到了雨水因素。 姜鹏说，不仅形状符合要求，而且“眼窝”的位置也确定在贵州。 更复杂的情况还在后面。 进入野外勘探阶段，项目组需要对凹陷进行深入的地质评价。
“整个凹陷至少被钻了600多个洞，把它变成了一个大筛子。” 成熟的地下河网和众多喀斯特地貌特有的溶洞给“天眼”带来了天然的瀑布功能。 一旦下雨，水会迅速渗入地下，防止望远镜现场积水，对电子设备造成损坏。
截至去年12月，反光面安装工程已进行一半，“天眼”的雏形已初步显现：巨大的山谷里布满了钢索编织的半球形“网兜”，大约一半的空间“网袋”上覆盖着银色反光板。 覆盖面广，在四面青山的映衬下，就像一面明亮的镜子。 蒋鹏提醒，如果仔细观察，你会发现看似光滑的铝合金主动反光面板实际上密布着无数孔洞。 事实证明，这些密集的孔洞是用来减少风荷载的，从而减少风速超过每秒4-5米对“天眼”探测工作的影响。
同时，孔洞还可以增加透光率，让天线表面的植被生长，避免水土流失。 “水土保持非常重要，否则一旦水土流失严重，下雨时低地就会变成泥塘。” 蒋鹏说，绿化虽然好，但如果生长的藤蔓肆意攀爬到反光板上，也会影响检测工作。 造成干扰。 目前，项目组定期与工人一起清理杂草丛生。
此外，贵州当地恶劣的气候条件也是很多人关心的问题。 “天眼”能否抵御极端的雨雪冰雹和雷暴天气？ 对此，姜鹏表示，“天眼”已经做了相应的准备，比如：为了防雷，所有金属设备整体接地，这样一旦遇到雷电，就能很快消散。 “而且根据经验，极端天气在一年中所占的比例很小（通常在10天左右），所以影响不会太大。”
射电望远镜的前世今生
天文望远镜的发展经历了从小口径到大口径、从短口径到长口径的演变。 现在来看，天文望远镜的发展主要集中在两个方向，一是“上天”，二是“落地”。 由于受到地球大气层的影响，大部分短波长的紫外线和X射线都无法观测到，因此只能利用航天技术向外太空发射望远镜，包括开普勒望远镜和哈勃太空望远镜。 所谓“占地”，指的是地面望远镜，比如我国目前正在建设的射电望远镜FAST。
作为天文望远镜的一种物理学家李菂，射电望远镜的发展过程也代表了人类探索宇宙的进步。
直到1873年，麦克斯韦的著作《电磁理论》出版，系统全面地解释了电磁场理论，人们才恍然大悟，光也是电磁波的一种，而可见光只占很小的一部分。长电磁波谱的一部分。
20世纪，科学家测量地球电离层高度时发现，几乎所有波长短于60米的电磁波在穿过电离层时都不再回头。 这一现象让研究人员大开眼界：由于波长小于60米的电磁波可以毫无阻碍地从地球冲向宇宙，反之，来自宇宙的类似电磁波也可能能够通过大气层到达地球。 就这样，人类观测宇宙射电的大幕拉开了。
1931年，美国贝尔实验室利用天线阵列接收来自银河系中心的无线电波。 从此，射电天文学正式诞生。 在接下来的几十年里，脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子相继“浮出水面”。
射电望远镜诞生80年来，其本身也经历了快速发展。
1955年，英国在曼彻斯特乔德雷尔班克天文台建造了可旋转的76米洛弗尔射电望远镜。
1972年，世界上最大的全向旋转射电望远镜——德国波恩望远镜建成，抛物面天线直径达100米。
1963年，阿雷西博射电望远镜在中美洲波多黎各岛上建成。 它的初始孔径为305米（后来扩大到350米）。 目前，已经超过其年龄的阿雷西博仍然是世界上已建成的最大的单面孔径。 射电望远镜。
1974年，为了庆祝转变的完成，阿雷西博望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发送了一串由1679个二进制数组成的称为阿雷西博消息的二进制数。 图案底部是一个“太阳灶”的图像，人类可以在其中接收和发送无线信号。
目前，除了我国正在建设的“天眼”FAST项目外，全称“平方公里阵列射电望远镜”的SKA项目也将在两年后开工建设。 戴石，青年天文学家，毕业于北京大学天文系，目前在澳大利亚联邦科学与工业研究组织天文与空间科学研究所（CASS）从事博士后研究，是SKA项目成员。 据他介绍，SKA将由澳大利亚和南非建造的数千个较小的天线组成。 将于2030年左右投入使用，有望成为人类历史上最大的望远镜。
【原标题】“窃听”宇宙——专家揭示贵州在建“巨眼”所经历的颠覆性技术风险
【来源】南方都市报
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