2020年12月1日，受多年老化及維護不利影響，位於波多黎各的美國“天眼“——阿雷西博射電望遠鏡發生嚴重坍塌事故，並永久停止了運行。阿雷西博射電望遠鏡口徑達305米，始建於1963年，曾是世界上最大的射電望遠鏡。自中國”天眼”FAST建成后，便一直與之並譽為“地球的雙眼”。
但自2016年起，政府中止了每年1200萬美元的望遠鏡維護撥款，進而導致美國永遠失去了這一頂尖的單體望遠鏡。
坍塌的阿雷西博射電望遠鏡 圖源：浙江日報
與之相反的是，自2017年投入運行以來，中國“天眼”FAST已經在天文學科研究中發揮了世界獨一無二的重要作用，並迫使歐洲在談判中將其列入中國必須開放的科研工具。這一中國奇觀的建成，背後離不開南仁東老先生23年間的持續貢獻。
“咱們也建一個吧”
1963年，清華大學無線電系迎來了吉林省理科狀元——南仁東。隨後南仁東師從王綬琯，獲得中國科學院理學博士學位，並投身與天文學的研究之中。在多年的科研生涯中，南仁東四處奔波，排隊數年以借用其他國家的射電望遠鏡已成為家常便飯，複雜繁瑣的使用權申請與他國科學家的排斥，讓南仁東內心感到深深的疲憊和憂慮。
1993年，在日本國際無線電科學聯盟大會上，科學家們商議在全球電波環境繼續惡化之前，建造新一代射電望遠鏡，以接收更多來自外太空的訊息。會後，南仁東向中科院提議道：“咱們也建一個吧”，並於1994年7月提出了“500米口徑球面射電望遠鏡”(Five-hundred-meterAperture Spherical radio Telescope，FAST)的工程概念。
南仁東先生在天眼項目現場
隨後12年間，南仁東帶着300多張地形數據圖走遍了中國的大江南北，親自敲定了FAST項目的立項、選址、設計與施工。並參與了FAST項目中天文、力學、材料、機械、無線電等技術的研發與應用。終於，2016年9月25日FAST項目竣工啟用，南仁東已經在“建設世界最大的射電望遠鏡”這件事上耕耘了二十二年。
FAST示意圖
未來20年內世界最大、最靈敏的射電天文望遠鏡
常見的天文望遠鏡按照探測目標來分類，主要包括射電望遠鏡（探測無線電）、光學望遠鏡（探測可見光）、紅外線、X射線、伽瑪射線望遠鏡等。其中射電望遠鏡又可分為球面射電望遠鏡、拋面射電望遠鏡、帶形射電望遠鏡和望遠鏡陣（把單個射電望遠鏡連起來，收集單個望遠鏡的數據）等。其中，FAST歸類於能夠自動聚焦變形的球狀射電望遠鏡。
FAST位於貴州省平塘縣的一處喀斯特窪地中，直徑500m，佔地面積約30個足球場大，天頂覆蓋角度為40°，工作頻率為70MHz－3GHz，是世界上僅有的規模最大，也是最靈敏的巨型射電望遠鏡，其已被列入中國九大科技基礎設施之一。
FAST項目由基礎的喀斯特窪地、依託地表建設的索網主動反射面結構，以及懸挂在中心的饋源支撐系統組成。在喀斯特窪地的獨特選址，大幅減少瞭望遠鏡項目的工程量，並增加瞭望遠鏡的直徑。依託地表搭建的主動反射面結構，通過電動液壓桿與地面連接，這使FAST能夠按照接受信號的方向自由改變發射角，並在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面匯聚電磁波，在地面改正球差，以實現寬帶和全偏振。通過鋼索與六座支撐塔連接的饋源艙與其中的精調並聯機器人，能夠基於先進的雙靶互瞄模式實現對太空信號的自動對準，並將工程測量精度提高至4mm級別。
FAST結構示意圖[1]
FAST射電望遠鏡在運行過程中，通過6座百米高的支撐塔對饋源艙的調節，以及對主反射鏡的控制，來主動變形聚焦接收電磁波信號，並能夠將幾平方米至幾千平方米的信號聚攏到一點上。
中國擁有FAST的全部自主知識產權。與號稱地球最大的德國波恩100米望遠鏡對比，FAST的靈敏度提高了10倍；與美國Arecibo 300米望遠鏡相比，其綜合性能提高約2.5倍以上（現已垮塌）。它將對國際同類設備保持20年以上的領先水平。
星際旅行前置黑科技——宇宙中的GPS
FAST工程的核心目標，在於搜尋與發現射電脈衝星。脈衝星是一種處於快速自轉狀態的中子星，特徵在於能夠周期發射電磁脈衝信號。脈衝星的自轉周期極其穩定，信號周期性的精確度遠高於原子鐘，因此脈衝星能夠用於在宇宙航行中進行空間與時間的高精度校準。但由於脈衝星的信號暗弱，易被人造電磁干擾淹沒，需要藉助具有極高靈敏度的FAST望遠鏡來進行探索與觀測，即科幻電影中常見的“星圖定位導航”。
除觀測脈衝星外，FAST還將承擔巡視宇宙中的中性氫、主導國際VLBI網、探測星際分子、搜尋星際通訊信號等四大科學目標，並實現空間飛行器的測控與通訊、脈衝星計時陣和自主導航、非相干散射雷達接收系統、高分辨率微波巡視等四大應用目標[2]。FAST的運行，為未來可能的星際旅行點出了“前置黑科技”。
2021年5月，國家天文台研究團隊利用中國天眼FAST望遠鏡在觀測中取得的重要進展，正式發布了201顆新發現的脈衝星。此外，FAST觀測得到的數據為40多篇高水平學術論文提供了支撐，其中包括發表在世界頂級刊物《自然》上對快速射電暴方面的研究成果[3]。
與此同時，FAST將於2021年4月1日起面向全球開放。來自世界各地的研究機構與獨立科學家可提交完善的研究計劃申請，在通過由全球頂尖天文學家組成的聯合評議后，共同分享超過5000小時的FAST觀測時間。中國對FAST這一全球僅有的頂尖天文設備的無國界共享行為，再次證明了中國包容開放的大國心態，也彰顯了中國與國際科學的充分合作理念，將為人類探索宇宙起源與認識宇宙未知做出了巨大的貢獻。
值得一提的是，FAST目前也以預約制的形式面向遊客開放，每天限流2000人。據統計，2017年FAST地區的旅遊營收為46億元，遠超FAST本身6.7億元的建設成本。
結語：
中國“天眼”FAST的全球開放、公開評議與無國界信息共享，將使其成為中國最為重要的世界名片之一。同時，國家天文台在FAST單鏡位的基礎上，提出了中國未來射電望遠鏡群的項目規劃，力求將中國在天文學界的領先地位保持下去。
參考文獻
[1] Nan,Rendong. “Five hundred meter aperture spherical radio telescope(FAST).” Science in China series G 49, no. 2 (2006): 129-148.
[2] FAST工程介紹. 姚蕊，工程項目彙報. 2020.11.
[3] http://m.news.cctv.com/2021/05/20/ARTITbcsRRpOz2yr033pTxGL210520.shtml