“中國天眼”FAST是迄今世界單天線射電望遠(yuǎn)鏡,于2016年9月25日在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣落成啟用。FAST追夢人,歷時(shí)二十余年的探索研制,書寫了我國射電天文從追趕到領(lǐng)先的跨越傳奇。中國科學(xué)院FAST重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任彭勃研究員,從全程親歷者的視角,用通俗的語言、300張珍貴圖片和大量一手資料,樸實(shí)地記錄了FAST從無到有、敢為人先的歷史,講述了FAST概念是怎樣形成的、FAST大小為什么選定500米、FAST為什么安家黔南、FAST“三大方面軍”如何風(fēng)雨兼程打造世界奇跡,以及FAST團(tuán)隊(duì)核心成員和先逝者們的貢獻(xiàn)等引人關(guān)注的話題,揭秘了“天文經(jīng)濟(jì)”如何開啟助力地方發(fā)展之先河、諾貝爾獎(jiǎng)得主們?yōu)楹闻cFAST一見鐘情、FAST對阿雷西博有什么傳承與創(chuàng)新、FAST憑什么當(dāng)上“世界老大”等諸多鮮為人知的故事。
什么是宇宙?四方上下曰宇,古往今來曰宙。
射電望遠(yuǎn)鏡是人類探索宇宙的有力工具,可以向我們揭示數(shù)十億甚至上百億年前的宇宙圖像。
1993 年,在日本京都舉行的國際無線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)(URSI)大會(huì)上,包括中國在內(nèi)的十國天文學(xué)家聯(lián)合倡議:在地球電波環(huán)境被徹底毀壞之前,看一眼宇宙原初模樣。為了解宇宙起源、探測引力波,甚至尋找地外文明,擬建造新一代大射電望遠(yuǎn)鏡陣列LT[Large Telescope,后在1999年多倫多會(huì)議上正式定名為平方公里陣列SKA(Square Kilometre Array)],投資估算為1—10 億美元。LT/SKA計(jì)劃體現(xiàn)了科學(xué)家的想象力,同時(shí)具有很大的風(fēng)險(xiǎn),是個(gè)投資巨大、技術(shù)復(fù)雜、沒有廣泛國際合作難以實(shí)現(xiàn)的大科學(xué)工程。
1994年,由中國科學(xué)院北京天文臺(tái)南仁東牽頭,組織中國參與大射電望遠(yuǎn)鏡的國際合作,從跟蹤國際大科學(xué)工程計(jì)劃、爭取LT落戶中國的初衷,逐漸推進(jìn)為建造大口徑小數(shù)目望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)路線圖,即大射電望遠(yuǎn)鏡LT中國方案KARST(Kilometer??square Area Radio Synthesis Telescope)。我們學(xué)習(xí)美國阿雷西博(Arecibo)1000 英尺(305米)大射電望遠(yuǎn)鏡建造及半個(gè)世紀(jì)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn),集成十余家大學(xué)和科研院所多學(xué)科交叉的智慧,在 1994年啟動(dòng) LT喀斯特洼地選址,1995 年提出饋源艙索驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、線狀及面陣饋源技術(shù),1997年發(fā)明主動(dòng)反射面創(chuàng)新技術(shù)等,提出建造 KARST 先導(dǎo)單元即一臺(tái)300—500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想,逐步發(fā)展并于 1998年完善形成了 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡 FAST(Five ??hundred ??meter Aperture Spherical radioTelescope)項(xiàng)目。
歷經(jīng)近十年的研究討論和技術(shù)攻關(guān),2007年 7月 10日,F(xiàn)AST立項(xiàng)建議書得到國家發(fā)改委批復(fù)。2011年3月25日,F(xiàn)AST工程在黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼洼地正式開工。
2016 年 9 月 25 日,被譽(yù)為“中國天眼”的 FAST 落成竣工。習(xí)近平總書記專門發(fā)來賀信。大射電“版圖”因FAST落成而填補(bǔ)中國空白!FAST人用青春、智慧乃至生命打造了地球新地標(biāo)“中國天眼”!
2020年1月11日,F(xiàn)AST工程通過了國家驗(yàn)收!
2020年 12月,創(chuàng)造了諸多重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的美國阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡,經(jīng)歷了57年風(fēng)雨,包括颶風(fēng)和地震頻繁襲擾,因連續(xù)受損和年久失修,不幸坍塌,悲壯謝幕。幾乎與此同時(shí),F(xiàn)AST 在快速射電暴的研究成果入選《自 然》2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)!爸袊煅邸盕AST正在傳承和續(xù)寫大射電望遠(yuǎn)鏡的光榮與夢想!
大射電望遠(yuǎn)鏡FAST概念問世至竣工,跨度 20多年。FAST參與者,無論是設(shè)計(jì)者、建設(shè)者還是支持者,都有令人難忘的經(jīng)歷,都有可以流芳的故事。
2015年10月初,在國家天文臺(tái)郝晉新副臺(tái)長和我陪同下,科技部國際合作司參贊尹軍、國家遙感中心主任廖小罕一行考察了FAST工程的建設(shè)情況,溯源我國參與SKA國際合作、孕育出FAST項(xiàng)目的“丐幫”傳奇,以探討大科學(xué)裝置國際合作的中國道路。與FAST建設(shè)初期相比,當(dāng)時(shí)的道路交通條件已大有改觀,從貴陽到FAST臺(tái)址平塘縣大窩凼洼地僅需 3 個(gè)多小時(shí)車程。曾任貴州省科技廳副廳長的廖小罕參與過大射電望遠(yuǎn)鏡 LT 的選址協(xié)調(diào)。他感嘆道:世界第一的大望遠(yuǎn)鏡即將夢圓貴州,20 多年的酸甜苦辣可以公之于世了。他建議我撰寫 FAST的歷史。我猶豫地回應(yīng)說,實(shí)在太忙,退休后再寫吧。他深情地勸道:FAST 創(chuàng)造史是地方參與者及國內(nèi)外合作者的辛勞簿,是對當(dāng)今年輕一代的勵(lì)志篇,你作為SKA和FAST元老,有義務(wù)進(jìn)行宣介。
其實(shí),在中國大射電望遠(yuǎn)鏡LT/FAST醞釀、提出、預(yù)研究、立項(xiàng)和建設(shè)期間,我與媒體有過許多接觸。FAST從醞釀至立項(xiàng)的13年,為尋求理解和支持,我自愿接受媒體追蹤和采訪,目的是大力宣傳,贏得領(lǐng)導(dǎo)和公眾的理解和支持。FAST 工程 5 年多的建設(shè)時(shí)期,面對前無古人的技術(shù)挑戰(zhàn)、現(xiàn)場的艱苦環(huán)境、工程坎坷的進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)問題,還有人情世故等方面的考慮,我對待媒體的態(tài)度日益謹(jǐn)慎。FAST建設(shè)初期,國際著名雜志《自然》(Nature)和 《科學(xué)》(Science)的記者不停追蹤,甚至打我手機(jī)約談,我均婉言謝絕或上交給南仁東,也就有了那張南仁東戴著紅色安全帽接受《自然》采訪的工作照。FAST竣工后,國內(nèi)外媒體報(bào)道頻繁不減,不再滿足于對望遠(yuǎn)鏡表觀震撼的描述,也不再滿足于道聽途說和不自洽的推測。為此,我也花費(fèi)了很多的精力,F(xiàn)在要寫書,不是任務(wù)更艱巨?
然而,要書寫經(jīng)得起歷史檢驗(yàn)的 FAST 歷史,需要 FAST 參與者的直接“參與”,我責(zé)無旁貸。于是,從2015年11月起,我利用旅途、節(jié)假日,開始了斷斷續(xù)續(xù)、碎片化的寫作。2017年寫作的內(nèi)容,年底因故電腦丟失,不得不重新補(bǔ)寫。
在北京奧林匹克公園與愛子冠辰健走時(shí),也是父子談心交流、談天說地的家庭時(shí)刻。他對我寫FAST歷史的第一反應(yīng)是:老爸還沒老到要寫回憶錄吧?我回答說,當(dāng)年意氣風(fēng)發(fā)的青年,如今已年過半百。長期繁忙,使我記憶力漸衰,回憶錄就不必等退休了。我們父子倆還討論了可能的幾個(gè)書名。
不幸的是,F(xiàn)AST 工程首席科學(xué)家南仁東已于 2017 年離世。我寫這部FAST研制回憶,展示FAST事業(yè)背后的故事、那群FAST追夢人,既是為了告慰南仁東等 FAST 先驅(qū)們,也算是對 FAST 通過國家驗(yàn)收、FAST 落成 5 周年的一份獻(xiàn)禮吧。
2020年10月,本書成稿時(shí)大約22萬字,暫定名為《大射電追夢人》。但不斷浮現(xiàn)的崢嶸歲月,令我難以止筆。我就繼續(xù)隨性寫作,陸續(xù)征求 FAST項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及主要合作單位的部分相關(guān)創(chuàng)始成員、預(yù)研究骨干和建設(shè)主力們的反饋,每月更新一次。
值此FAST落成5周年之際,《天眼工程——大射電望遠(yuǎn)鏡FAST追夢實(shí)錄》正式面世。本書共 500頁,耗時(shí) 5年半(恰好與 FAST建設(shè)工期相同),以28萬字書寫了 FAST從醞釀發(fā)起至建設(shè)運(yùn)行 28年的“心路”,我也“跨界”當(dāng)了回作家。在此,我由衷感謝本書寫作過程中FAST事業(yè)同志和家人親友的鼓勵(lì)和建議,上海科技教育出版社編輯們的嚴(yán)謹(jǐn)和耐心!
本書中引用了許多資料,其中不少是內(nèi)部的會(huì)議記錄、報(bào)告等,無法作為參考文獻(xiàn)列出。書中使用的圖片,大部分都注明了來源。還有些圖片源自FAST研制及合作單位或個(gè)人,包括FAST工程團(tuán)隊(duì)黃琳、楊清亮、袁維盛、吳文才、陳如榮、張蜀新等,20多年過去了,對應(yīng)不上(或分不清)拍攝者了,在此謹(jǐn)表感謝和歉意。
“偉大的事業(yè)都始于夢想,夢想是激發(fā)活力的源泉,中華民族是勇于追夢的民族!”FAST事業(yè)追夢者的奮斗故事是值得我們永遠(yuǎn)銘記的。2016年 8 月,時(shí)任科技部副部長陰和俊考察 FAST 工程時(shí),同樣鼓勵(lì)“有故事的人” 寫FAST歷史。我期待更多FAST項(xiàng)目志同道合者,無論是貴州省州縣鎮(zhèn)村,發(fā)改委、科技部、國家自然基金委和中國科學(xué)院相關(guān)職能部門支持者,還是高校、研究所和企事業(yè)單位的FAST參與者,大家都來講述各自的親身經(jīng)歷,多角度追尋大射電望遠(yuǎn)鏡FAST成就世界第一的筑夢足跡。
28年的記憶,難免有遺漏、失誤和主觀之處。我誠懇邀約讀者朋友們對發(fā)現(xiàn)的不足之處不吝批評指正,以便本書再版時(shí)及時(shí)改正和完善。
彭勃,天體物理博士、國家天文臺(tái)研究員。曾在荷蘭射電天文臺(tái)、德國馬普射電天文所開展博士后工作。長期從事射電巡天、瞬變天體、巨射電星系、行星際閃爍及射電天文技術(shù)與方法研究。1994年共同發(fā)起、提出和發(fā)展大射電望遠(yuǎn)鏡LT(即平方公里陣SKA)中國概念KARST,組建并出任LT課題組長,共同提出其先導(dǎo)單元FAST項(xiàng)目。1995年出任LT中國推進(jìn)委員會(huì)常務(wù)副主任,1998年任FAST項(xiàng)目委員會(huì)主任,2005年任大射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)實(shí)驗(yàn)室主任,2008年任國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施FAST工程副經(jīng)理。2012年任科技部973項(xiàng)目SKA首席科學(xué)家,掛職貴州省黔南布依族苗族自治州副州長,領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)的平塘天文科普文化產(chǎn)業(yè)園已發(fā)展成中外馳名特色天文小鎮(zhèn)。2018年任中國科學(xué)院FAST重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、貴州射電天文臺(tái)臺(tái)長,掛職貴州省科技廳副廳長。2019年任FAST運(yùn)行和發(fā)展中心副主任。
一、FAST背景————001
1.“不可見”的宇宙————002
2. 射電望遠(yuǎn)鏡————003
3. FAST是什么————006
4. FAST有啥用————008
5. FAST簡歷————013
二、立項(xiàng)驛站————017
1. 從平方公里陣SKA到中國天眼FAST————017
2. 三院士黔行————036
3. 四院士推薦————040
4. 科學(xué)目標(biāo)與團(tuán)隊(duì)匯聚————044
5. FAST完整概念公之于世————046
6. FAST立項(xiàng)N次————052
7. 立項(xiàng)額外國際評估————063
8. 立項(xiàng)后的建設(shè)準(zhǔn)備————068
三、技術(shù)攻關(guān)“三大戰(zhàn)役”————081
1. 給FAST找個(gè)家————082
2. 大射電LT/FAST選址方面軍————090
3. 饋源索驅(qū)動(dòng)研究方面軍————112
4. 主動(dòng)反射面研究方面軍————134
5. 預(yù)研究驗(yàn)收————148
6. 密云MyFAST整體模型————150
7. 大射電“丐幫”生涯————155
四、建設(shè)與運(yùn)行————160
1. 施工2011天————160
2. 五大系統(tǒng)工程建設(shè)————168
3. 電磁環(huán)境保護(hù)————193
4. FAST工程建設(shè)經(jīng)費(fèi)翻番————204
5. FAST生日慶典————208
6. FAST工程驗(yàn)收————216
7. 運(yùn)行開放出成果————219
8. 大射電望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)展陣————226
9. 與總書記零距離————230
五、大射電院省大協(xié)作————234
1. 風(fēng)雨同舟貴州情————234
2. FAST精神與FAST時(shí)代————247
3. 科教融合譜新篇 ————253
4.“平塘星”“黔南星”雙星閃耀————271
5. 天文經(jīng)濟(jì)開先河————274
6. 大射電開啟貴州國際化————286
六、大射電國際大合作————288
1. 國際會(huì)議開到了貴州————288
2. 德國100米望遠(yuǎn)鏡總設(shè)計(jì)師心系FAST————300
3. FAST項(xiàng)目“曼聯(lián)隊(duì)”————304
4. 無線電環(huán)境國際“大考”————310
5. 諾貝爾獎(jiǎng)得主們的FAST情緣 ————319
6. FAST外交橋梁————327
七、中美“天眼”有親情————333
1. 阿雷西博望遠(yuǎn)鏡簡介————333
2. 阿雷西博天文臺(tái)“取經(jīng)”————336
3. FAST與阿雷西博100小時(shí)“密接”————342
4. 中美“天眼”建設(shè)與運(yùn)維交流————364
5. 大射電“WiFi”中美姊妹城 ————366
6.“美國天眼”悲壯謝幕 ————370
八、大射電事業(yè)傳承————373
1. 國家天文臺(tái)射電天文暨密云站簡史 ————374
2. 射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室————378
3. 大射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)室“鳳凰涅槃”————380
4. FAST工程經(jīng)理部————382
5. 貴州射電天文臺(tái) ————386
九、大射電人大情懷————389
1. FAST工程團(tuán)隊(duì)“核心成員”————390
2.“天眼巨匠”南仁東————396
3. 與大射電風(fēng)雨同舟27年的“老李”————403
4. 王綬琯托舉“中國天眼”————407
5. 兩名貴州青年為大射電獻(xiàn)身————409
6. 大射電家族600人————411
結(jié)束語————420
大射電望遠(yuǎn)鏡LT/FAST大事記————421
主要參考文獻(xiàn)————437
附錄 逝去的記憶·FAST圖集————439
圖片來源————480