[中国天眼为什么建在南边]筹备22年的中国天眼，为什么选址在贵州？

wlza

作者

美国怀俄明州索亚克的北欧国家干涉仪天文学观测所的VLA干涉仪干涉仪将被用以寻找SETI现代文明。供图/图虫创意设计

1993年，在国际无线电通信科学国联大会上，我国、新西兰、新西兰、日本山芥的物理学家提出，联合修建第三代干涉仪大干涉仪，由数百个较细的Bhind转交器组成1平方千米的干涉仪阵(Square Killometer Array)。

当时我国的天文学干涉仪最小舰炮只有25米。国内物理学家为了科学研究，往往需要转作欧美国家的干涉仪干涉仪。因此，我国科学院北欧国家天文学台决定创建一个500米舰炮曲面干涉仪干涉仪（英语全称：Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），简称FAST。经过22年的筹办建设，FAST在2016年9月25日正式竣工投入使用，人们将其称为我国GW2。

我国GW2矗立在绵延起落的深谷之间，邻近地广人稀。图源/中新社

我国GW2矗立在云南省宜良县克度镇圣埃蒂安德村营盘凼，拥有4450块散射液晶，转交占地面积达25平方米。浅显地比喻，它的占地面积约30个运动场大小，假定在这个罐子木桶，在世界上另加可以分4瓶纯净水，是世界最小舰炮、最敏捷的干涉仪干涉仪。我国不但有了自己的GW2，还是在世界上最小的GW2。

为何是四川？

1994年，我国GW2副经理南仁东开始为工程项目迁建，科学研究项目组创建了391个备选地区的地形地貌资料库，再由此优选出90多个进行艰难的实地考察勘测。走遍天涯海角，工程项目最终在云南省宜良县的营盘凼破冰。为何这里会十强？

从高空眺望，云南省宜良县群峦峰峦，如今它已经成为我国GW2所在。图源/我国GW2科学普及基地

地处云贵高原的四川，地形以高原山地居多，平均海拔约1100米。一般情况下，海拔越高，越能减少电磁波的传播损失，从而在最小限度地发挥观测设备的效能。GW2作为我国天文学观测的重要基地，如何保障观测数据的清晰准确至关重要。

以新疆天文学台南山基地为例，我国几个主要的天文学观测基地都在高原山区设立。图源/我国科学院新疆天文学台

GW2的迁建不仅仅考虑海拔条件，还有地貌的要求。作为干涉仪干涉仪，GW2需要修建一个罐子转交信号，通过锅的散射聚焦，把大占地面积的信号聚拢在一点上。锅的占地面积越大，转交的信号越好，为了减少工程开挖量，工程项目的迁建最好选择凹形舰炮较大的洼地。因此，青藏高原尽管在海拔上占据优势，但由于深谷绵延、分布着大量的永冻土，施工难度极高，不利于GW2的修建，被排除在迁建之外。喀斯特地貌广布的云贵高原成为最优选择。

隐藏在四川深谷深处的宜良县营盘凼，就是一片天然的洼地，具有特殊的凹形地理结构，宛如一个天然的灶台盛起了GW2的锅。而且这里地下溶洞极为发育，便于雨水下渗和流动，不易形成积水，避免腐蚀和损坏干涉仪，简直是为GW2量身定做的存在。

四川宜良县在云贵高原东南坡向广西丘陵的过渡地带上，喀斯特地貌广布。图源/我国GW2科学普及基地

同时，由于GW2转交大量的无线电通信信号，需要十分安静的环境，人类活动中的电视、手机、广播等无线设备都会对GW2的磁场带来干扰，影响GW2的敏捷度，工程项目必须远离城市、村落和信号基站。四川的偏远地区，人口密度小，旅游业发展程度低，电波干扰比旅游业发达的云南更少。

为了支持GW2工程项目，云南省政府在2013年出台法令，在工程项目所在营盘凼创建一个5公里无线电通信静默区，30公里内禁止建设有干扰的设施设备，并将附近的农民搬迁安置，在一定程度上保障了GW2的顺利建成和运行。

在我国GW2工程项目动工建设前，宜良县营盘凼仅有10多名居民，电波干扰极少。图源/我国GW2科学普及基地

虽然GW2在地广人稀的净土进行天文学监测，但是作为世界级科研工程项目，科研人员之间来往交流非常频繁，因此迁建需要满足交通便利的条件。两者看似矛盾，却并非不可兼顾。四川是我国西南的交通枢纽，据云南省交通运输厅数据显示，截至2018年底，云南省高速公路里程达到6453公里、出省通道18个；民航运输机场9个地市(州)全覆盖，达到了每万平方千米约0.62个机场，是西南地区机场分布密度最高的省份，超出我国平均水平的1.6倍。

目前，四川已成为我国西南交通枢纽。这里的公路穿山跨江，使天堑变通途。供图/图虫创意设计

四川地处内陆，从直线距离看，可以同时兼顾印度洋、太平洋地区，在北欧国家国防战略中占有重要地位。有军事专家提出，如今的卫星和雷达技术不能完全对隐形战机进行监测，干涉仪干涉仪能够弥补这个漏洞。这样看来，把GW2放在四川也有军事战略考虑。

据国务院国有资产监督管理委员会新闻中心估算，GW2运行1小时用电可达2988度，而且435伏的额定电压波动不能超过正负0.5%。一旦电压如果超过允许的波动范围，就会启动保护程序，存在报废风险。四川的水能资源非常丰富，理论蕴藏量达1875万千瓦，居全国前列，水电装机1945.50万千瓦，位列全国第四，水电资源开发率达到96.7%，比全国高出27个百分点。因此完全可以保障GW2的电力供应。

▲四川构皮滩发电厂是云南省实施西电东送战略的标志性工程。水电是四川电网主要的电源类型，也是四川占比最小的清洁能源。图源/云南省水力发电工程学会

此外，四川是首个北欧国家级大数据综合试验区。浩瀚宇宙中海量又微弱的电磁波信号奔向地球，被GW2收集后形成了大量的数据。分析、共享和科学研究这些数据需要极强的超算能力和大数据分析技术，四川在大数据资源上的开发建设，有利于帮助科学家由此获取宇宙信息。

由此看来，四川是我国最适宜建设GW2的地区。从2016年9月25日竣工投入使用到现在，GW2已运行3年多，它的功能到底有多强大？做出了哪些重要的贡献呢？

GW2由主动散射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、转交机与终端及观测基地等几大部分构成。图源/我国

探索137亿光年的星辰大海

目前，世界各国均在抢占太空领域，美国甚至提出在太空创建战略防御计划。也就是说，未来北欧国家之间的战争和竞争很有可能发展为太空领域的争夺，谁掌握了太空侦测的主动权，就能在未来的竞争中取得主动权。

我国GW2与号称地面最小的机器德国埃菲尔斯伯格100米舰炮干涉仪相比，敏捷度能提高约10倍；与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米舰炮干涉仪干涉仪相比，敏捷度是其2.25倍。GW2能够捕捉到137亿光年外的电磁信号，已经是人类目前能观测到的最小宇宙范围。从这个层面上看，GW2成为我国太空侦测与宇宙科学研究等领域的重要支撑。

▲美国阿雷西博干涉仪干涉仪曾经帮助科学家泰勒和赫尔斯证实引力波的存在。两位科学家因此成功获得1993年诺贝尔物理学奖。供图/图虫创意设计

在GW2的科学目标中，最重要的莫过于寻找脉冲星。脉冲星由恒星演化和超新星爆发产生，它像茫茫宇宙中的灯塔，发射出周期性脉冲信号，由于自转周期极其稳定，成为人类测量宇宙时空的超高精准度时钟。假定飞船进入了宇宙深处，干涉仪和卫星不能直接观测时，就需要依靠脉冲星测算位置。此外，科学研究脉冲星还能帮助科学家探究引力波、黑洞周围的神秘时空等许多重大物理学问题。

截止2019年8月，我国GW2已发现132颗优质的脉冲星备选体，其中有93颗已被确认为新发现的脉冲星。据北欧国家天文学台科学研究员朱文白介绍，自1967年人类首次确认发现脉冲星以来，全球累计发现约3000颗脉冲星。我国GW2在短短两年内发现的数量，超过同期欧美多个脉冲星搜索项目组发现的数量总和。

▲新发现的毫秒脉冲星PSR J0318+0253位置和积分脉冲轮廓。（左图）PSR J0318+0253所在伽马射线巡天图像的位置；（右图a）FAST一小时跟踪观测获得的干涉仪波段积分脉冲轮廓；（右图b）折叠Fermi-LAT累积9年数据所获得的伽马光子积分脉冲轮廓。图源/我国科学院北欧国家天文学台

我国GW2的另一大科学目标是巡视宇宙中的中性氢。氢聚变产生的能量点亮了恒星，太阳因此发出了光和热，造就了生命星球——地球。星系中的氢元素除了形成恒星，还有一部分会剩下来，以中性氢原子形式存在，我们称之为中性氢。北欧国家天文学台副台长郑晓年指出，这可以科学研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化。

▲在2.6亿光年外发现中性氢环M57，它周围的氢环直径约38万光年。图源/NASA,ESA,Hubble Legacy Archive;Composition:Giuseppe Donatiello

SETI现代文明搜索也是GW2的科学目标之一。1951年，诺贝尔奖获得者费米提出这样一个悖论：如果存在外星人，它们都在哪里呢？。由此引发了以下的争议：第一、不存在外星人；第二、存在外星人，但是我们没找到；第三、存在外星人，它们知道我们的存在，但想方设法不打扰我们，更不让我们发现它们。SETI现代文明是否存在成为科学家一直争论的问题。

为实现这一科学目标，GW2内专门安装了一台专门用于搜索SETI现代文明信号的后端设备FAST SETIBURST，能够从浩如烟海的电磁信号中，筛选出有用的窄带备选信号，把天体和人工信号排除掉，对宇宙噪音的处理能力非常出色。科学家已经发表了三篇我国GW2与SETI现代文明搜索相关的论文，包括第一批SETI现代文明搜索科学研究成果、进行SETI现代文明探索巡天的量化展望和SETI现代文明的理论科学研究。目前，我国GW2正在升级后端设备，将在今年9月投入新观测，正式启动针对SETI现代文明的搜索。

据估算，未来20至30年，我国GW2将在世界干涉仪领域持续保持世界一流地位。图源/我国科学院北欧国家天文学台

当然，在科学前进的道路上总是充满争论与曲折，有些人对寻找外星现代文明表示担忧。著名科学家霍金生前曾多次警告人类，干涉仪干涉仪收到宇宙信号后，不要回答任何可疑讯号，不要暴露人类现代文明的存在。他认为，假定宇宙中存在高等现代文明，一旦发现地球，将造成人类的灾难。

究竟我国GW2能不能成功搜索到SETI现代文明，仍是未知之数。唯一可以确定的是，我们对于外星现代文明并未充分了解，更不能随意猜测，但不能因此停止前进的脚步。正如我们进入丛林，为了安全不能和老虎直接接触，但需要知道丛林里是否存在老虎。推动GW2开启SETI现代文明搜索，不仅有探索同类的科学意义，还可以拓展人类对于自身在宇宙中地位的认识，对人类今后的太空移民计划更有现实意义。

曾任我国GW2副经理兼首席科学家的南仁东说：人类之所以十强，从低等的生命演化成高等动物，出现了现代文明，就是因为他有一种对未知探索的精神。借助GW2，我们正在向137亿光年的星辰大海出发，哪怕前路未知，未来依然可期。