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9月25日，全球最大射電望遠(yuǎn)鏡——被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的 FAST正式落成投入使用。中國(guó)成功建造世界最大射電望遠(yuǎn)鏡的新聞令海內(nèi)外華人莫不歡欣鼓舞之至。數(shù)月前，當(dāng)500米直徑的主反射鏡拼裝完工時(shí)，我在中國(guó)科學(xué)網(wǎng)發(fā)表了博文：那是一只望穿深空的天眼。

我在文中已經(jīng)提到，建設(shè)FAST射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)天文物理學(xué)研究的意義十分明顯，值得一提的是在其它一些相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用：它可參與中國(guó)航天工程中的測(cè)控系統(tǒng)，把中國(guó)空間測(cè)控能力由地球同步軌道延伸至整個(gè)太陽(yáng)系，也可用它來(lái)接收深空衛(wèi)星的通訊數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)的下載速率提高100倍！FAST也可作為非相干散射雷達(dá)接收系統(tǒng)，提供高分辨率和高效率的地球中高層的大氣、電離層和地磁場(chǎng)的有關(guān)參數(shù)，為子午工程（大型空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）作出貢獻(xiàn)。其實(shí)FAST就是放在云貴高原上的一部超大型被動(dòng)式雷達(dá)，它在軍事戰(zhàn)略上的作用我就不置喙了。

我對(duì)中國(guó)工程技術(shù)飛速進(jìn)步的由衷敬佩、對(duì)從事該項(xiàng)工程全體工作人員深深的敬意全都傾注在了這篇短文中。

但是，在這幾天的一片歡呼聲中，有一種傾向值得引起關(guān)注。有些媒體報(bào)導(dǎo)：中國(guó)建最?！疤煅邸鳖I(lǐng)先國(guó)際20年；外國(guó)科學(xué)家參觀后也感到很震撼，“他們都很期待我們這個(gè)全世界最先進(jìn)的天文設(shè)備能成為人類觀測(cè)外太空的利器，有新的科研成果出來(lái)?！保蝗藗冮_(kāi)始幻想，它能否聽(tīng)到“天外來(lái)客”的聲音？我覺(jué)得這些都不是科學(xué)事實(shí)，這樣的宣傳報(bào)導(dǎo)違背了實(shí)事求是的原則。

射電望遠(yuǎn)鏡和所有的望遠(yuǎn)鏡一樣，把遠(yuǎn)處相鄰物體區(qū)分開(kāi)來(lái)的能力是它最重要的性能指標(biāo)。這種分辨本領(lǐng)一般用成像系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)可辨目標(biāo)之間的最小張角來(lái)表示，亦稱角分辨率。角分辨率不變，觀察物越遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡的最小分辨間距變大，所以當(dāng)觀察研究的天文對(duì)象越遙遠(yuǎn)，我們就必須使用角分辨率更小的射電望遠(yuǎn)鏡，否則就無(wú)法得到研究對(duì)象的精細(xì)結(jié)構(gòu)。通常情況下，望遠(yuǎn)鏡的角分辨率基本上決定了其“望遠(yuǎn)”的本領(lǐng)。

物理學(xué)告訴我們光波就是波長(zhǎng)較短的電磁波，因而射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡實(shí)際上就是同一類工具，它們檢測(cè)的僅是不同波長(zhǎng)的電磁波。這有點(diǎn)像體溫計(jì)和氣溫表，它們的差別就是測(cè)量溫度的不同的區(qū)域而已，在下面的討論中，除非特別注明，我們把射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡都統(tǒng)稱為望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡的角分辨率是被電磁波的衍射特性決定的，它是可以根據(jù)瑞利公式計(jì)算出來(lái)的。望遠(yuǎn)鏡的角分辨率與望遠(yuǎn)鏡的主反射鏡的直徑成反比，而與工作的波長(zhǎng)成正比，角分辨率越小越好。（圖1）

圖1）由于光的物理特性（衍射特性）的存在，導(dǎo)致點(diǎn)光源形成艾里斑，重疊以后就難以分辨。

貴州平塘的FAST，其碩大的主反射鏡有效孔徑為300米，工作波長(zhǎng)主要在0.3m，而一般的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡工作波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波段，最長(zhǎng)不會(huì)超過(guò)800nm (即 0.0000008m），那么它與直徑為多少的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的角分辨率相當(dāng)呢？這是一道小學(xué)生算術(shù)題，

（300/0.3）*0.0000008=0.0008m，答案是小于1毫米。這個(gè)結(jié)果令人十分傷心，市場(chǎng)上的大眾化商業(yè)望遠(yuǎn)鏡的孔徑至少也有十多毫米吧。換言之，貴州平塘的FAST射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率遠(yuǎn)不及業(yè)余愛(ài)好者的望遠(yuǎn)鏡，想依靠它作出驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)可能有點(diǎn)不切實(shí)際。

事實(shí)上FAST射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率還不及我們?nèi)说娜庋郏话闳搜鄣耐字睆綖?—9毫米，人眼的角分辨率比FAST也要強(qiáng)幾倍。順便提一下，千萬(wàn)別小看了人眼的望遠(yuǎn)能力。著名天文學(xué)史家席澤宗先生指出：中國(guó)的天文學(xué)家甘德在公元前四世紀(jì)中葉憑肉眼可能就觀測(cè)到了木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二。甘德的發(fā)現(xiàn)早了伽利略近兩千年，這也是一個(gè)奇跡[1]。

射電望遠(yuǎn)鏡角分辨率差的原因是工作波長(zhǎng)太長(zhǎng)的緣故，即使已把主反射鏡做到幾百米之巨，其角分辨率仍難以與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡媲美，但是我們知道反射鏡表面的加工精度一般與工作波長(zhǎng)同一量級(jí)，所以相比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡而言，射電望遠(yuǎn)鏡的反射鏡的制作要容易做得多，所以直徑也容易做得大。這世上實(shí)在是沒(méi)有捷徑可走的，從工程師的角度看世界，所有因素本無(wú)好壞和高低之別，揚(yáng)長(zhǎng)避短、因勢(shì)利導(dǎo)方顯工程師英雄本色。

射電望遠(yuǎn)鏡把工作波長(zhǎng)設(shè)在厘米、毫米和亞毫米波段是為了天文研究的需要，許多溫度不高的天體的電磁輻射就在這個(gè)波段。這個(gè)波段的電磁波的波長(zhǎng)至少是可見(jiàn)光的數(shù)萬(wàn)倍，現(xiàn)代好一點(diǎn)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主反射鏡的直徑都在數(shù)米以上，如果要讓射電望遠(yuǎn)鏡趕上這個(gè)角分辨率水準(zhǔn)，其主反射鏡的直徑至少要數(shù)萬(wàn)米，即幾十公里之巨。在工程上制造和控制調(diào)節(jié)這樣的主反射鏡已經(jīng)成了不可能完成的任務(wù)，因而像FAST這樣的超大型單口徑射電望遠(yuǎn)鏡有些像侏羅紀(jì)的恐龍，它們未來(lái)的發(fā)展前途十分有限。

除了增大主反射鏡的直徑，改善射電望遠(yuǎn)鏡的角分辨率是否還有其它途徑？答案是肯定的，畢竟天無(wú)絕人之路(there's will there's way)。七十年代由英國(guó)開(kāi)始研制的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡可以大幅提高系統(tǒng)的角分辨率和接收靈敏度?？偟乃悸肥恰氨娙耸安窕鹧娓摺保褂梅稚⒌亩嗯_(tái)射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)接收射電信號(hào)，然后把信號(hào)匯總交計(jì)算機(jī)分析比較，產(chǎn)生高分辨率的天體射電幅射圖象，走的就是“人民戰(zhàn)爭(zhēng)的道路”。

ALMA（阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡）是世界上功能最強(qiáng)大、技術(shù)最先進(jìn)的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。這個(gè)由歐洲、美國(guó)、加拿大、日本、智利等國(guó)家和地區(qū)合作建設(shè)的射電望遠(yuǎn)鏡陣列共有54臺(tái)12米直徑和12臺(tái)7米直徑的射電望遠(yuǎn)鏡組成，散布在南美智利的5千米的高原平臺(tái)上。整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)化了十多年，總投資14億美金，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的金字塔工程。整個(gè)ALMA系統(tǒng)的角分辨率比哈勃太空光學(xué)望遠(yuǎn)鏡還要強(qiáng)五倍！它的角分辨率比中國(guó)的FAST大概強(qiáng)數(shù)千倍。

圖2

圖2這張ALMA的全景照十分震撼人心，這幾十臺(tái)既龐大又精密的射電望遠(yuǎn)鏡散布在高原荒野之中，最大間距約十六公里。它們各自的位置會(huì)根據(jù)研究項(xiàng)目作相應(yīng)的調(diào)整。把ALMA放在南半球這塊遠(yuǎn)離文明的5千米高原上是經(jīng)過(guò)深思熟慮的。ALMA的工作波長(zhǎng)在0.3—9毫米波段，從圖2中可看出大氣層對(duì)這個(gè)波段的電磁波的吸收和干涉十分嚴(yán)重。建在5千米高原的ALMA超越了大氣層最厚密的底層，把大氣的不利影響減至最少。智利查南托高原的阿塔卡馬沙漠是世界上最干燥的地方，這樣的地理位置意味著每個(gè)夜晚都是較好的觀測(cè)天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1570年至1971年間，這里沒(méi)有明顯的降雨過(guò)程，這對(duì)望遠(yuǎn)鏡的維護(hù)也是極為有利的。

圖3）橫軸是電磁波的波長(zhǎng)，縱軸是大氣層對(duì)電磁輻射的吸收率，曲線顯示不同電磁輻射穿透大氣能力與波長(zhǎng)的關(guān)系。從圖中可看出，中國(guó)FAST的工作波段處在大氣層的電磁輻射窗口，因而可建在較低的海拔高度上，而工作在毫米和亞毫米波段的ALMA必須建在高海拔地區(qū)。

ALMA選址在遠(yuǎn)離文明的智利高原上也可避開(kāi)人為的電磁輻射污染。建在南半球的天文站有得天獨(dú)厚的視角優(yōu)勢(shì)，它更利于對(duì)銀河系核心區(qū)域的觀察研究。當(dāng)然，相對(duì)穩(wěn)定的政治環(huán)境，也是ALMA選擇智利的一個(gè)重要原因。