投资6.67亿!中国这项重大科学装置,已成世界唯一!
当地时间12月1日,美国国家科学基金会确认,被誉为地球“两大眼睛”之一的波多黎各阿雷西博射电望远镜坍塌,若阿雷西博望远镜失去功能,全世界在天文探索领域,将只能依靠中国贵州的另一只“大眼睛”,500米口径球面射电望远镜FAST。
FAST工程总投资概算6.67亿,自今年1月验收以来,设施运行稳定可靠。截至目前,FAST累计发现脉冲星数量超过240颗,基于FAST数据发表的高水平论文达到40余篇,其中包含数篇Nature等顶级期刊论文。
而今,我国FAST工程总工程师兼首席科学家,中国“天眼”之父南仁东先生已经辞世三载有余,斯人已逝,幽思长存。
南仁东72岁的时候,依然齐整地留着造型讲究的小胡子。他还是爱抽烟、爱喝可乐,喜欢穿西装,还经常往西装口袋里装饼干,然而又忘记拿出来。过段时间再看时,饼干已经变成饼干末儿了。
南仁东去世3年后,这位国家天文台FAST工程总工程师兼首席科学家,中国“天眼”之父的光环渐渐褪去,在他身边人的回忆中又被还原成了那个古怪而可爱的老头儿。
▎留长头发的科学家
还年轻时,南仁东就不安分。
1963年,南仁东参加高考,几门科目的均分有98.6分(百分制),考上了清华大学无线电系。他在清华读书时正赶上大串联。借着大串联的机会,南仁东从北京经上海跑到广州,接着由四川陕西甘肃一直越过天山,21岁到了南疆,后来经由呼和浩特回到学校,20多岁就游遍了大半个中国。
从清华毕业时,南仁东被下放至吉林长白山附近的一个车间。在车间,他干过工匠,也开过山放过炮,水道、电镀、锻造他没有一样不了解。最后还当上了无线电厂的技术科长。
他在车间时把头发留得很长,喜欢音乐、喜欢画画。看气质不像个科学家,倒像个艺术家或者诗人。
1978年,南仁东考上了中科院天文学的研究生。他在中科院也不安分到令导师“头疼”,一会琢磨人造卫星,一会看看光学,一会又去看宇宙学。
有几年,他曾经阴差阳错地到荷兰辗转求学,几年后又到日本国立天文台当客座教授。直到上个世纪90年代,中国要建望远镜,北京天文台需要他。他就立马抛下了日本的工作,回国来了。
而那时候,他在日本一天的薪水,相当于国内的一年。
▎咱们也建一个吧
1993年,国际无线电科学联盟大会在东京召开。包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”。他们期望,在全球电信号环境恶化到不可收拾之前,能多收获一些射电信号。
会后,南仁东一把推开了中国代表吴盛殷的门:“咱们也建一个吧。”
如果能够抓住这个时机,中国的天文学研究就有可能领先国际几十年。但射电望远镜对选址的要求异常苛刻。台址处需要有一个数百米大的被四面山体围绕的大坑,山体要能够挡住外面的电磁波。
于是在之后的那段时间里,南仁东就经常叼着烟,在办公室周围找人聊望远镜的选址。有人建议他可以看看云贵的喀斯特洼地。他就迅速请遥感所出了300多幅洼地的卫星遥感图,黄黄绿绿的图上显示出当地大大小小的无数个窝凼。
凼,就是水坑的意思。遥感图上几百米的山谷被四面的山体围绕,恰好挡住了外面的电磁波。他兴奋莫名。1994年4月,他当即就带了一群人去了贵州。花了大约2年的时间,把那300多个坑,一个一个地全都看了个遍。
那一天,南仁东带人踏上大窝凼,这是一大片漏斗天坑群,像天然的巨碗。四周的青山抱着一片洼地,山上郁郁葱葱,几排灰瓦的木屋陈列其中,鸡犬之声不绝于耳。南仁东从窝凼中间爬上来,兴奋地说:“这里好圆!”
这是块举世唯一的神奇天坑。初期勘探结束,大窝凼的情况流传出去。Science撰文写道:“……望远镜的山谷,天文学家梦寐以求的地方,希望投资2亿美金,在相对封闭的中国贵州大片喀斯特洼地中建造国际射电望远镜。”
全世界都记住了贵州鬼斧神工的天然景观,只有南仁东为了望远镜,又一次开始满中国跑。
天文台没什么钱,为了寻求技术上的合作,他就坐着火车从哈工大到同济,再从同济到西安电子科技大学。他的立项申请书上最后出现了二十多个合作单位,大概有3厘米厚。
他还设法多参加国家会议,逢人就推销项目,“我开始拍全世界的马屁,让全世界来支持我们。”经历了最艰难的十多年,南仁东的射电望远镜项目——他为它取名为FAST 逐渐有了名气。跟各大院校合作的技术也有了突破进展,他渐渐有了底气。
▎没有退路
2006年,距离FAST建设工作开始已经过去10年,科学院开了一次院长会议,听取各个十一五大科学工程的立项申请汇报,路甬祥院长点评的话音刚落,南仁东就说:“您说完了,我能不能说两句?”。
他说:“第一,我们干了十年,没有名分,我们要名分,FAST到底是怎么回事儿,有没有可能立项?这么多人,二十多个大专院校、科研院所。”
“秘书长,给个小名分。但启动立项进程之前,必须有国际评审会。”路院长指示。
“第二,我们身无分文,别人搞大科学工程预研究,上千万,上亿,我们囊空如洗。”
路院长乐了:“计划局,那就给他们点钱。”
2006年,立项建议书最终提交了。在最后的国际评审中,他用英文发言,提前把整篇稿子背了下来。评审最后国际专家开玩笑:“英文不好不坏,别的没说清楚,但要什么说得特别明白。”
FAST立了项,初期就要来了6亿的资金。尽管6亿的资金和实际需求比起来还远远不够,但南仁东明白,从立项的那一天起,他就没有了退路。
在别人的口中,这个庞杂巨大的射电望远镜项目就像是为他而生的。FAST项目组里,有人不懂天文,有人不懂力学,有人不懂金属工艺,有人不会画图,有人不懂无线电。“这几样你能懂一两个就算不错了”,但偏偏南仁东几乎都懂。
2010年,FAST经历了一场近乎灾难性的挑战——索网的疲劳问题。他们从知名企业购买了十余根钢索结构进行疲劳实验,结果没有一例能满足FAST的使用要求。
当时,台址开挖工程已经开始,设备基础工程迫在眉睫,可由于索疲劳问题,反射面的结构形式却迟迟定不下来。
这是一场艰苦卓绝的技术攻关,可以想象南仁东的压力之大。他几乎寝食难安,天天与技术人员沟通,想方设法在工艺、材料等方面寻找解决途径。
后来,方向还是转向钢索的研制。整个研制工作接近两年,经历了近百次失败。几乎每次失败,南仁东都亲临现场,沟通改进措施。最终研制出满足FAST要求的钢索结构,算是让FAST度过了难关。
能够聆听到宇宙最边缘的声音,FAST极度灵敏。任何电磁设备的干扰都会对它造成巨大影响。因此,在这个巨大的中国天眼周围5公里之内,被人为划出了一个不能有任何电子设备的静默区。
2016年9月25日,中国西南,苗岭深处,中国“天眼”FAST在贵州省这个静默的山洼深处睁眼。中国又添一件大国重器,傲视宇宙、深探苍穹。
而南仁东此时刚刚结束了一场肺癌手术,不顾舟车劳顿,从北京飞赴贵州,最终只在远处默默目睹了这一幕。在他的注视下,这项雄伟的工程从此凝望太空、永恒坚守。
此时他的生命,还剩下不到一年。
▎我们从哪里来
我们是谁,我们从哪里来,我们是否孤独?
这是FAST试图回答的问题。
FAST有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘,重现宇宙早期图像;能用一年的时间发现数千颗脉冲星,建立脉冲星计时阵,参与未来脉冲星自主导航和引力波探测;它还能让中国主导国际甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;甚至能够参与地外文明的搜寻。
而FAST寻找“宇宙灯塔”脉冲星的表现,则更是一如南仁东为它取的英文名,迅速、敏锐。
2017年,FAST尚在调试阶段,就已经发现了59颗优质脉冲星候选体,其中有44颗被认证为新发现的。这也是中国打破了国际垄断,首次能够观测到脉冲星。
自1994年起的20余年来,南仁东一直负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计。可以说没有南仁东,就没有“中国天眼”。
建造天眼时,南仁东说:“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。”
FAST建成了,一向审美极佳的南仁东对FAST工程副经理、办公室主任张蜀新感慨:“你看FAST多漂亮。”
有一年,台里开全体大会时,国家天文台研究院陈学雷正好坐在南仁东老师旁边,台领导在上面宣布当年台里成员的获奖情况。南仁东突然对他说,小陈啊,我从来没得过任何奖。
2017年6月6日,南仁东作为当时年纪最大的候选人进入院士增补第二轮候选人名单。
2017年9月15日,南仁东因肺癌突然恶化,溘然长逝。
他最终没能等来那个他早就应该得到的承认。
相较于漫长的宇宙观测,人的一生太过短暂。他走后,无数人回忆他,缅怀他,不断地提起他生前传奇一样的故事。
人们提到他曾到访荷兰,过境苏联、东欧国家时,边防海关人员向他索要贿赂。南仁东本来带的钱就不多。给钱?那就买不起去荷兰的车票。不给?海关人员不放行。
结果,南仁东用剩下的一点钱,到当地商店买了纸、笔,在路边摆摊给人家画素描人像,居然挣了一笔钱,然后买票去了荷兰。
当身边最亲近的人缅怀南仁东时,中国“天眼”的总工程师老南,一直都是那个极富有诗人气质和冒险精神的年轻人。