中国天眼拍到的图片 揭秘“中国天眼”选址：看8000幅图 数了一万多个“窝”

AST有30个足球场的大接收区。与目前被称为“地面最大机器”的德国波恩百米望远镜相比，AST的灵敏度提高了10倍左右。新闻网络信息

中国青年报9月26日消息，9月25日，世界最大单口径射电望远镜在贵州省平塘县正式投入使用，这一500米口径的球面射电望远镜建设在喀斯特地貌天然形成的洼地中，被称为“中国天眼”。

FAST拥有30个足球场的大接收面积，可以实现大天空面积、高精度的天文观测。与目前被称为“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提升了约10倍，综合性能与20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300望远镜相比提升了约10倍。

由于FAST的落户，安放“观天巨眼”的洼地也成为科学界关注的焦点，人们称这个名叫“大窝凼”的自然洼地为“地球上最美的眼窝”。

如何利用自然条件为大型射电望远镜找到合适的“家”？FAST正式上线前夕，项目选址研究团队负责人宋建波接受了中国青年报、中青在线记者的专访，揭秘了本世纪初大型射电望远镜选址的秘密过程。

选址从找到一万多个“窝”开始

贵州工业大学教师、地质工程博士后宋建波，面临着2002年11月接受第二轮大型射电望远镜选址和科研以来的第一次考验。

“如果把每个可以建造望远镜的天然洼地比作一个‘窝’，那我们的研究范围内到底有多少‘窝’，这些‘窝’都在哪里？当时没有现成的资料，可以用的技术手段又非常有限，只能用‘笨办法’一个一个找，一个一个数。”宋建波说。

科研团队一头扎进等高的地形地质图中。从1: 50万地形地质图来看，岩石的分布特征使其首先确定了“巢穴”肯定不会出现的地理位置。排除这些之后，可能会有适合望远镜在其他区域“安家”的“巢穴”。

地质图随后被精确到1:1万，团队成员开始在一张张茶几大小的图上沿着密密麻麻的等高线“找圈圈”：“圈圈”越圆、越大就越有可能是要找的目标，“圈圈”旁边蚂蚁大小的数字则显示这是一座山峰还是一个“窝”。

“我找到了一个‘窝’，做了笔记记录了一个。我看了8000多张图片，最终找到了10000多个‘鸟巢’。”宋建波说，FSAT现在所在的“巢穴”就是其中之一。那时候，我看着照片就觉得亮堂。“但是哪一个最合适还没有感觉到，这要看科学。”

3位戴着厚厚眼镜的博士花了3个月用“笨办法”找出了最基础的研究资料，蓝色的圆珠笔记录下每个“窝”的基本情况，记录本上同时画满了红色圆珠笔的标注，有的“窝”前画了红勾，有的打上了圈，有的直接一条横线彻底划掉。

2003年7月，经过多次筛选，由743个“巢”组成的替代抑郁症数据库正式形成。然后，研究团队拿了一个“苛刻”的指标来评价每个“窝”的情况——窝里的岩体结构、水文情况、长短轴比、挖填率是否合适；“巢”口的闭合和几何形状是否符合标准；全巢地质灾害、地震风险、气象条件、无线电环境是否符合要求。

最终，743个“窝”被进一步筛选出82个成为重点考察对象，这些喀斯特洼地集中分布于贵州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境内。

在82个“巢穴”中寻找解决方案

“翻山越岭，82个‘窝’一个都不能少。”宋建波回忆说，当时贵州的交通状况很差，有时调查一个“窝”路上要花一天时间，越野车顺着狭窄的山路前进，一边是大山，一边是悬崖，开到实在没办法前进的地方就停下来，大家徒步走到“窝”里。

实地考察不是看山敲石那么简单。除了观察岩体和地质结构，山中的水系对望远镜的人身安全也有重要意义。一旦巢底的排水系统堵塞，山中的水就不会流入地下河，望远镜就有被淹没的危险。科研团队经常需要寻找每一个水源，沿着明河和地下河行走，研究水动力过程，三伏天往往需要在烈日下走很长时间。

调查途中遇到困难，科研团队也不敢求助，当时，这还是一项保密的科研任务。科研团队同时回避着一些地方政府的“公关”，一些地方官员打听到选址消息后千方百计联系科研团队，希望能把建设地址定在自己的县里，一方面在建设周期带动的投资拉动效益巨大，另一方面大射电望远镜项目对当地经济、社会、科技水平的发展影响深远。

当时整个团队都抱着一个信念:哪个地址最合适要看科学计算结果，选址结果要对历史负责。

两个多月的实地调查后，科研团队进入了近一年的核心攻关阶段：他们计划开发一套仿真系统，立体呈现每一个重点考察的“窝”和大射电望远镜结合在一起的样子，再对建设中需要考虑的几何、地质、工程等条件进行综合计算。

这个系统的学名叫做“洼地三维模拟及场地优化系统”。宋建波解释说，它通常用于计算最适合每个洼地的望远镜。如果确定要建一个直径500米的FAST望远镜，那么计算一下哪个“巢”的建造量最小。

“这是我们科研团队的首创，做出来了以后类似的望远镜选址都能用上，选址难题就能找到解决之道。”宋建波说，这个系统应用起来轻巧，但开发起来比想象中难很多，开发者除了要有地质学的知识外，还需要扎实的数学、物理、计算机功底，“有时还需要一些灵感。”

宋建波多次表示，在攻关过程中，团队成员都刚刚30出头，有时还会吵架抱怨，通宵工作后睡在办公室很常见。

系统最终给出了团队最想要的答案：挖方模型计算误差仅为0.44％，填方模型计算误差为0.66％，系统使计算效率大大提高，与此同时，系统还能计算出整个望远镜球心的建设位置，这将有利于施工阶段减少误差。

“大窝”终于浮出水面

在“洼地三维仿真和台址优选系统”的支撑下，通过专业的定性分析和定量计算，科研团队给出了首批FAST核心备选台址，推荐中排名第一的“窝”就是“大窝凼”，用5种方法计算出的结果均为“好”。“打多”“砂锅堡葫芦冲”“商家冲”3个“窝”分列二到四名。

同时计算结果表明，最适合大佛堂建设的射电望远镜直径为546米，最符合FAST500米的需要。之后，研究团队对“大佛堂”做了更详细的研究和计算。

FAST接收的信息一般是来自遥远宇宙极弱的天体无线电信号，任何轻微的电波干扰都将使FAST失去威力，同时，气候要素也影响着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贵州省气象局对“大窝凼”进行了长达一年的无线电环境检测和气候环境监测。

2006年，FAST项目正式决定将大佛堂选址在贵州平塘。

“事实证明我们找到了FAST最合适的家。”宋建波感慨，大约4年的科研努力在宣布决定选址的那一刻感觉值了，“算是当时平均年龄32岁的一群年轻人创造出的惊喜。”

随着研究的深入，团队不仅研究了FAST项目的选址，还将注意力转向了一个简称为SKA的项目。该项目计划建造一个接收面积为一平方公里的射电望远镜阵列，以观测更多的天文信息，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SKA站址进行了严格的布局要求，要求中国SKA台址的核心区尽可能包括FAST台址，已建成的新疆、北京、青海、上海、云南5个射电望远镜台址必须在SKA台址核心区的对数螺旋线上，同时要完成更多台址的选址，以满足望远镜接收面积达到一平方公里。

面对选址这一“世界级”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:一是建设63台口径相对较大的望远镜，二是建设126台口径相对较小的望远镜。

“这意味着，未来中国建造射电望远镜阵的‘窝’也选好了。”宋建波说，FAST启用是个重要的开始。