“揭秘“中国天眼”选址过程：从找到一万多家“窝”开始”

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▲9月25日，被称为“超天眼”的500米口径球面电波望远镜( fast )在贵州平塘的喀斯特洼地建设并投入运行。 赤峰新闻网社发

9月25日，世界上最大的单口径电波望远镜( fast )正式被贵州省平塘县采用，这种500米口径的球面电波望远镜建于喀斯特地形天然形成的洼地，被称为“中国天眼”。

fast有30个足球场大小的接收面积，可以进行大天区面积、高精度的天文观测。 fast与现在被称为“地面最大设备”的德国波恩100米望远镜相比，灵敏度提高了约10倍，与人类20世纪10大工程的顶尖美国arecibo 300米望远镜相比，综合性能提高了约10倍。

由于fast的定居，安置“观天巨眼”的洼地也受到科学界的关注，这个被称为“大窝凯”的自然洼地被称为“地球上最美的眼窝”。

如何利用自然条件找到适合电波望远镜的“家”？ 在fast正式成立的前夕，项目选址科研团队负责人宋建波接受了中国青年报中青在线记者的采访，揭露了本世纪初射电望远镜秘密选址的过程。

从找到一万多个“巢穴”开始

自2002年11月接受大射电望远镜台地所在地第二次立地科学研究任务以来，贵州工业大学(后来合并到贵州大学)教师、地质工程专业博士后宋建波面临的第一次考验可供参考的资料极少。

“把能做望远镜的天然洼地和一个“巢穴”相比，我们的研究范围内到底有多少“巢穴”，这些“巢穴”在哪里？ 当时没有现成的资料，能用的技术手段也非常有限，只能用“愚蠢的方法”逐一寻找，一一清点。 ”宋建波说。

科研小组跳进了等身大的地形地质图。 从1:50万的地形地质图来看，岩石的分布特征可能使他们首先明确了“巢”永远不会出现的地理位置，排除这些后，其他地区就有适合望远镜“安家”的“巢”。

地质图后来精确到1:1万，团队成员用一张茶大小的图沿着密密麻麻的等高线“寻找圆”:“圆”越圆，越有可能是寻找的目标，“圆”旁边蚂蚁大小的数字要么是山峰，要么是“巢”

“找到一个‘窝’，记笔记，看了8000多张图，最后找到了一万多个‘窝’。 ”。 宋建波说，现在fsat所在的“巢”就是其中之一，当时看图感觉眼前一亮，但“哪个最合适不是感觉，必须科学”。

3戴厚眼镜的博士花了三个月的时间使用“愚蠢的方法”找到了最基础的研究资料。 蓝色圆珠笔记录各个“窝”的基本情况，记事本上写着红色圆珠笔的标记，有的在“窝”前有红色的勾号，有的在圈上，有的在一直画横线。

2003年7月，经过几次筛选，由743个“巢”组成的替代洼地数据库正式形成。 其次，科研小组有“严格”的指标，评价了所有“巢”状况——“巢”内的岩体结构、水文状况、长轴比率、填土率是否合适。 “巢”口的闭合情况、几何形状是否符合标准。 “窝”整体地质灾害、地震风险、气象条件、无线环境等是否满足条件？

最终，743个“窝”被进一步筛选为要点考察对象，这些喀斯特洼地集中分布在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国内。

在82个“巢”中寻找解题之路

“翻山越岭，82个“巢”一个也不缺”宋建波，当时贵州交通状况不好，有时需要一天时间查“巢”路，越野车在狭窄的山路上行驶，山和悬崖，走到无法前进的地方停下来，大家都

实地调查不像看山、敲石头那么简单。 除了注意岩体和地质构造以外，山体的水系统对望远镜的“人身安全”很重要，如果“巢”底部的排水系统堵塞，山体的水就不会流向地下暗河，望远镜有被淹没的危险。 科研团队总是找到所有的水源，沿着明河、暗河行走研究水动力的过程中，经常需要在三伏天沐浴着强烈的阳光长期行走。

调查途中遇到困难，科研小组也不敢求助，但当时这还是一项秘密的科研任务。 科研团队还回避了一点地方政府的“公关”，一点地方官员听到选址消息后，联系成千上万的科研团队，将建设地址设定在自己的县，在建设周期推进的投资效益巨大，另一方面，大电波望远镜项目

整个团队都有信念。 哪个地址最适合通过科学计算成果得到，选址结果应该对历史负责。

经过两个多月的实地调查，科研小组进入了近一年的核心攻关阶段:他们开发了仿真系统，立体表现了各点考察的“窝”与电波望远镜结合的情况，综合了建设中应考虑的几何、地质、工程等条件

该系统的学名是“洼地三维模拟和台地优选系统”，宋建波一般用于计算各洼地最适合建造多大口径的望远镜，如果明确要建造500米口径的fast望远镜，

“这是我们科学研究小组的第一个，今后可以使用类似的望远镜选择了。 选择的问题可以找到处理的途径。 ”。 宋建波说，该系统应用轻便，但开发比想象中更难，开发者除了需要地质学知识外，还需要扎实的数学、物理、计算机基础，“有时需要灵感”。

宋建波在核心难关过程中反复说“累死了”，团队成员刚满30出头，有时吵几句，发牢骚，熬夜工作后睡办公室是常有的事。

系统最终给出了团队最想要的答案:挖方模型的计算误差仅为0.44%，填方模型的计算误差为0.66%，系统可以大幅度提高计算效率，还可以计算望远镜球心整体的建设位置，这在施工阶段将误差

“大窝”终于浮出了水面

在“洼地三维模拟和台地优选系统”的支持下，通过专业的定性分析和定量计算，科研团队提供了第一个fast核心候选台地，推荐中第一位的“窝”是“大窝”，五种方法计算的结果都是“好” “打多”、“土锅堡葫芦冲”、“商人冲”三个“窝”从第二名排到第四名。

计算结果表明，最适合“大窝凯”建设的电波望远镜口径为546米，最适合fast500米口径的诉求。 之后，科研小组对“大窝”进行了更细致的研究和计算。

fast接收的消息通常是来自远程宇宙的极其微弱的天体无线信号，轻微的无线电干扰失去了fast的威力，气候因素也影响了fast的结构设计和正常采用，冰雹是影响望远镜运行安全的第一大气象灾害。 因此，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”进行了一年的无线环境检查和气候环境监测。

2006年，fast项目决定正式选择贵州平塘“大窝”。

“事实是我们找到了最适合fast的房子。 ”宋建波感叹，大约四年的科研努力值得宣布决策地点的瞬间。 “这是当时平均年龄32岁的年轻人创造的惊喜。 ”。

随着研究的进展，小组除了进行fast项目的选址研究外，为了处理现在困扰科学界的许多尖端问题，还向计划建设接收面积达到1平方公里的电波望远镜阵列的被称为ska的项目投入了眼球。

2004年，中国科学院国家天文台对中国ska站所在地提出了严格的部署要求，要求中国ska站的核心区域尽量包括fast站，已经建成的新疆、北京、青海、上海、 云南五个射电望远镜站的所在地必须在ska站核心区域的对数螺线(天文学固有名词——记者注)上，并完成越来越多的站所在地所在地的所在地选择，以满足望远镜的面积

这同样面对“世界级”的困难选址问题，科研团队在前期研究的基础上，开发了“中国ska台地所在地布局可视化系统方案”，计算了两个方案:一是建设63口径相对较大的望远镜。

“这意味着未来的中国也选择了制作电波望远镜阵列的“巢”。 ”。 宋建波说，fast的有效化是一个重要的开始。

中国青年报中青在线记者白皓王景闪