中青报：揭秘世界最大单口径射电望远镜选址过程

9月25日，世界上最大的单孔径射电望远镜在贵州省平塘县正式投入使用。500米的球形射电望远镜建在喀斯特地貌自然形成的洼地里，被称为“中国之眼”。

FAST接收面积大，有30个足球场，可以实现大面积、高精度的天文观测。与目前被称为“地面上最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高了约10倍，其综合性能比美国阿雷西博300米望远镜高约10倍，后者是20世纪十大工程中的第一个。

由于FAST的解决方案，“天眼”所在的洼地也成为了科学关注的焦点。人们称这种被命名为“达沃当”的自然抑郁症为“地球上最美丽的眼窝”。

如何利用自然条件为大型射电望远镜找到一个合适的“家”？在FAST正式开幕前夕，项目选址研究小组组长宋建波接受了《中国青年报》中国青年在线记者的独家采访，透露了本世纪初为大型射电望远镜秘密选址的过程。

选址首先要找到10，000多个“巢穴”

自2002年11月接受第二轮大型射电望远镜站选址研究以来，贵州工业大学(后并入贵州大学)教师、地质工程专业博士后宋建波面临的第一个考验是可供参考的信息非常少。

“如果每一个可以建造望远镜的天然洼地都被比作‘巢穴’，那么在我们的研究范围内有多少‘巢穴’以及这些‘巢穴’在哪里？当时，没有现成的数据，可用的技术手段非常有限。只有“愚蠢的方法”才能被用来一个接一个地查找和计数。宋建波说。

科研小组一头扎进等高的地形和地质图中。从1: 500，000的地形和地质图来看，岩石的分布特征使它们能够首先确定“巢穴”绝对不会出现的地理位置。排除这些因素后，其他区域可能会有适合望远镜“定居”的“巢穴”。

地质图精确到10，000: 10，000，团队成员开始在茶几大小的地图上沿着密集的等高线“寻找圆圈”，“圆圈越圆越大，就越有可能成为被发现的目标。”圆圈旁边蚂蚁大小的数字表示这是山峰还是“巢穴”

“我找到了一个鸟巢，做了笔记，记录了一个，看了8000多张照片，最后找到了10000多个鸟巢。”宋建波说，FSAT现在所在的“鸟巢”就是其中之一。那时，当你看着这些照片时，你会觉得眼前一亮。"但是哪一个是最合适的还没有感觉到，这取决于科学."

三个戴着厚眼镜的医生花了三个月的时间用“愚蠢的方法”找出最基本的研究数据。蓝色圆珠笔记录了每个“巢”的基本情况。笔记本上还标有红色圆珠笔。一些在“巢”前画了一个红色的勾号，一些画了圈，一些直接划了一条水平线。

2003年7月，经过几轮筛选，一个由743个替代性洼地“巢穴”组成的数据库正式形成。然后，科研小组用一个“苛刻”的指标来评价每个“巢”的情况——岩体结构、水文条件、长轴与短轴的比值以及巢内的开挖和充填率是否合适；“窝”口的闭合和几何形状是否符合标准；整个“鸟巢”的地质灾害、地震风险、气象条件和无线电环境是否符合条件。

最终，743个“鸟巢”被进一步筛选出来，82个成为调查的焦点。这些岩溶洼地集中在黔南布依族苗族自治州、黔西南布依族苗族自治州和安顺市。

在82个“鸟巢”中寻找解决问题的方法

"在山上和山上，有82个“鸟巢”，不能再少了。"宋建波回忆说，当时贵州的交通状况很差。有时候花一天时间去调查一条“鸟巢”道路。越野车沿着一条狭窄的山路行驶，一边是山和悬崖。当它到达一个实在没有办法前进的地方时，它停下来，每个人都向“鸟巢”走去。

现场调查不像看山和敲石头那么简单。除了观察岩体和地质结构外，山中的水系对望远镜的“人身安全”具有重要意义。一旦“鸟巢”底部的排水系统被堵塞，山中的水就无法流入地下暗河，望远镜也有被淹没的危险。科学研究团队经常不得不寻找每一个水源，沿着明河和暗河行走，研究水动力过程。在三伏天，他们经常需要在烈日下走很长时间。

由于在调查过程中遇到困难，研究小组不敢寻求帮助。当时，这仍是一项保密的研究任务。与此同时，科学研究小组避开了一些地方*的“公共关系”。一些地方官员在听到选址的消息后，想尽一切办法联系科研小组，希望能在他们自己的县找到建筑工地。一方面，建设周期驱动的投资具有巨大的效益；另一方面，大型射电望远镜项目对当地的经济、社会和科技发展有着深远的影响。

当时，整个团队认为最合适的地址应该由科学的计算结果决定，选址结果应该对历史负责。

经过两个多月的实地考察，科研团队已经进入了近一年的核心研究阶段:他们计划开发一个模拟系统，展示每个关键“巢”和大型射电望远镜的三维组合，然后综合计算几何、地质、工程和施工中需要考虑的其他条件。

这个系统的学名叫做“三维模拟洼地选址系统”。宋建波解释说，一般来说，它是用来计算大口径望远镜最适合在每个凹陷建造的。如果它决定建造一个500米口径的快速望远镜，那么它将计算出哪个“巢”的建造量最小。

“这是我们科研团队的第一个倡议。建成后，类似的望远镜可以用于选址。选址问题是可以解决的。”宋建波说，该系统使用起来很轻，但开发起来比预期的要困难得多。除了地质知识，开发人员还需要数学、物理和计算机的坚实基础，“有时他们还需要一些灵感。”

宋建波多次表示，在解决关键问题的过程中，团队成员才30出头。有时他们会吵架，有时他们会发牢骚，工作一整夜后睡在办公室里是很平常的事。

系统最终给了团队最想要的答案:开挖模型的计算误差仅为0.44%，填方模型的计算误差为0.66%。该系统大大提高了计算效率。同时，系统还可以计算出整个望远镜球心的构造位置，这将有助于减少构造阶段的误差。

“大巢”终于浮出水面

在“抑郁症三维模拟及选址系统”的支持下，通过专业定性分析和定量计算，科研团队给出了第一批FAST核心候选站点。建议中排名第一的“巢”是“大窝”。用这五种方法计算的结果是“好的”。“打垛”、“砂锅葫芦冲”和“商人冲”是三个“窝”，分别有两到四个位置。

同时，计算结果表明，最适合“大武堂”的射电望远镜直径为546米，最符合FAST500米的要求。随后，科研团队对“大窝当”进行了更详细的研究和计算。

FAST接收到的信息通常是来自遥远宇宙的极其微弱的天体无线电信号。任何轻微的无线电干扰都会使FAST失去动力。同时，气候因素也影响了FAST的结构设计和正常使用。冰雹是影响望远镜运行安全的主要气象灾害。为此，2004年2月至2005年2月，贵州省无线电管理委员会和气象局对大武堂进行了为期一年的无线电环境监测和气候环境监测。

2006年，FAST项目正式决定选择贵州平塘的“大武堂”遗址。

"事实证明，我们已经为FAST找到了最合适的家。"宋建波哀叹说，当网站上的决定宣布时，大约四年的科学研究努力是值得的，“一个由当时平均年龄为32岁的一群年轻人创造的惊喜”

随着研究的深入，除了FAST项目的选址研究之外，团队还关注了一个简称为SKA的项目。该项目计划建造一个接收面积为1平方公里的射电望远镜阵列，以观察更多的天文信息，并帮助解决目前困扰科学界的许多前沿问题。

2004年，中国科学院国家天文台对中国的SKA站址提出了严格的布局要求，要求中国SKA站址的核心区域尽可能包括FAST站址。在*、北京、青海、上海和云南建立的五个射电望远镜站必须位于SKA站址核心区的对数螺旋线上(天文术语-记者注意)，必须同时选择更多的站址以满足1平方公里的望远镜接收面积。

面对这一“世界级”的选址难题，研究团队在前期研究的基础上，开发了“中国SKA场地布局可视化系统方案”，并计算出两种方案:一种是建造63个口径相对较大的望远镜，另一种是建造126个口径相对较小的望远镜。

“这意味着中国也选择了在未来建造射电望远镜阵列的“鸟巢”宋建波说，快速发射是一个重要的开始。

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