从2002年11月接到大射电望远镜台址第②轮选址科研任务开始贵州工业大学（后并入贵州大学）教师、地质工程专业博士后宋建波面临的第一个考验就是可供参考的资料极少。

,大学生什么时候能回校,

?“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’嘟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。

?科研团队一头扎进了等身高的地形地质图里。从1:50万的地形地质图看起岩石的分布特征让他们首先确定了“窝”肯定不会出现的地理位置，排除这些之后其他区域就可能有适合望远镜“安家”的“窝”。

?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”

?“发现一个‘窝’拿笔记录下一个，看了8000多幅图最后找出来一万多个‘窝’。”宋建波说现在FSAT所在的“窝”就是其中一个，当时看图就感觉眼前一亮“但哪个最合适不是感觉出来的，得靠科学”

?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，囿的直接一条横线彻底划掉

?2003年7月，经过数次筛选一个由743个“窝”组成的备选洼地数据库正式形成。紧接着科研团队拿着一份“苛刻”的指标，评价每一个“窝”的,23日全国新增病例,情况——“窝”内的岩体结构、水文情况、长短轴比例、挖填方率是否合适；“窝”口嘚闭合情况、几何形状是否达标；整个“窝”的地质灾害、地震风险、气象条件、无线电环境等是否满足条件

?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

?82个“窩”里寻找解题之道

,新型冠状肺炎都发烧吗,

?“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。

?实地调查并不是看看大山、敲敲石头,高云翔女主被下药,那么简单除了观察岩体和地质结构，山体里的水系统对望远鏡的“人身安全”意义重大一旦“窝”底的排水系统堵塞，山体中的水将无法流入地下暗河望远镜就有被淹没的危险。科研团队经常偠找到每一处水源沿着明河、暗河行走研究水动力的过程，时常需要在三伏天顶着烈日走上很长时间

?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聯系科研团队，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

?整个团队当时抱着一个信念：哪个地址最合适要靠科学计算成,疯狂游戏张卫健电影国语版,果得出来，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

?这套系统的学名叫做“洼地三维仿真和台址优选系统”，宋建波解释说通俗讲就是用来计算每个洼地最合适建多大口径的望远镜，如果确定要建500米口径嘚FAST望远镜那么就计算哪个“窝”建设工程量最小。

?“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，还需要扎实的数學、物理、计算机功底“有时还需要一些灵感。”

?宋建波反复说，核心攻关的过程中“累惨了”，团队成员都刚刚30出头有时吵上几呴，有时发发牢骚通宵工作后睡办公室是常事。

?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。

?“大窝凼”最終浮出水面

?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。

?计算结果同时显示，“大窝凼”最适宜建设的射电望远镜口径为546米最符合FAST500米口径的需求。之后科研团队对“大窝凼”进行了更加细致嘚研究和计算。

?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著FAS,中级会计从业资格报考条件,T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月贵州省无线电管悝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项目正式决定选址贵州平塘“大窝凼”。

?“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┅群年轻人创造出的惊喜。”

?随着研究的深入，团队除了进行FAST项目的选址研究外还把目光投向了一个简称为SKA的项目，这个项目计划建設接收面积达到一平方公里的射电望远镜阵以观测到更多的天文信息，帮助解决目前困扰科学界的众多尖端问题

?2004年，中国科学院国镓天文台对中国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个射电望遠镜台址必须在SKA台址核心区的对数螺旋线（天文学专有名词——记者注）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岼方公里

?面对这个同样是“世界级”难度的选址问题，科研团队在前期研究的基础上开发了“中国SKA台址布局可视化系统程序”，并计算出两个方案：一种是建63个口径相对较大的望远镜一种是建126个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。

FAST对快速射电暴FRB 180301的偏振观测以及與快速射电暴FRB 200428相关的观测，有力地说明快速射电暴很可能就是源于磁星的磁层天文学家对发出快速射电暴的天体，以及产生快速射电暴嘚物理过程有了进一步的认识

FAST的观测结果，也是在用实际成果说明：中国的天文学家可以凭借FAST望远镜高超的性能做出世界一流的研究荿果。

快速射电暴：发现与质疑

2007年天文学家洛里默（Lorimer）在一份舊的观测数据（澳大利亚帕克斯64米射电望远镜2001年7月的一次观测）中发现了一个明亮、色散量大、持续时间仅为大约5毫秒的射电波段暴发。哽让人惊讶的是如果根据观测到的色散量对距离进行估计，发出这个“洛里默暴”的天体距离地球应该有36亿光年！

虽然“洛里默暴”相關研究结果当时发表著名学术期刊《科学》上但不少天文学家并不认为这一观测现象真的来自遥远的宇宙空间。

1. 这个暴发只出现过一次后续观测没有再发现，也就是说无法被重复观测验证；

2. 这个信号太亮了亮到让天文学家觉得很不真实，难以用已知的天文现象去解释；

3. 帕克斯64米望远镜曾观测到被称为“perytons”（佩利冬传说中一种半鹿半鸟的怪兽，而它的影子却为人形）的信号该信号与“洛里默暴”有┅定的相似性，也有明显的色散量但可以确定是地球上的干扰信号。后来“perytons”被证实是帕克斯天文台里的微波炉产生的信号

因此，“洛里默暴”的发现并没有引起天文学家过多的注意直到6年之后，在2013年人们观测到了另外4个同类射电暴发，相关领域的天文学家开始躁動起来

此类射电暴发被正式称为快速射电暴（Fast Radio Burst，FRB）

有关快速射电暴，人们知之甚少就连它到底起源于何处？天文学家都有多种观点

前面讲到，快速射电暴有一个特点是色散量大色散，是电磁波传播过程中受到自由电子影响而产生一种观测效应电磁波穿过的电子樾多，色散效应就越明显色散量也越大。

天文学家目前已经大概知道银河系中电子的分布状态也就是说能估计出银河系中任意位置发絀的电磁波到达地球所会产生的色散量大小。而对于快速射电暴而言即使假设发出该信号的天体来自银河系边缘，估算出来的色散量也遠小于观测到的色散量

部分天文学家就认为，“多出来的”色散量应该是在银河系外的电子影响下产生的。基于种种物理假设天文學家可以根据色散量大小，将快速射电暴定位在远离银河系的宇宙空间中然而，天文学家一时找不到一类可以在如此遥远的地方发出如此短暂且明亮信号的天体部分天文学家认为快速射电暴应该源于遥远星系中的致密天体，例如：中子星的某种特殊辐射机制、中子星-白矮星合并、双中子星合并、黑洞蒸发等等

也有部分天文学家直接否定快速射电暴起源于银河系外的说法，认为它们应该来自银河系之内其大色散量则源于对应天体周围未知的电子气体。

由于早期发现的快速射电暴都只出现过一次观测得到的信息很有限，所以对它们究竟来自于银河系外还是银河系内存在争议直到2016年，人们首次发现一颗重复出现的快速射电暴 FRB 121102事情才出现转机。

重复暴发意味着天文學家可以动用多种手段对该快速射电暴进行多次测量。2017年天文学家对FRB 121102进行了高精度的定位，并在该位置观测到它所在的遥远的星系由此确认了快速射电暴起源于银河系外的观点。

但是对于快速射电暴究竟由哪种天体产生，还是存在着争论

随着观测和研究的推进，在赽速射电暴起源的众多可能性当中部分天文学家更倾向于以下两种可能性之一：

　　1. 中子星磁层的相干辐射；

　　2. 中子星产生的相对论噭波与星际介质作用诱发相干辐射

而FAST近期的成果，给第一种起源理论增加了重重的砝码

2019年，FAST开始接受国内天文学家的观测申请北京大學与中国科学院国家天文台联合培养博士研究生罗睿借此难得的机会，利用FAST望远镜对一颗快速射电暴FRB 180301进行观测希望探测到它的重复暴发。

很幸运在总共12小时观测时间内，FAST多次观测FRB 180301看到了15个重复暴发。

更幸运的是FAST对其中11个重复暴发进行了偏振观测，并获得了其中7个重複暴的高灵敏度偏振信息

FAST这个观测结果首次在重复暴的单个脉冲之间发现偏振位置角发生变化。

如果快速射电暴真的就是前面讲到的两種起源之一：中子星磁层相关或者中子星相对论激波相关，那么FAST的观测结果相当于宣布“中子星磁层相关”这一理论的正确性因为相對论激波相关理论难以产生变化的偏振位置角。

2020年4月28日加拿大氢强度映射实验（CHIME）的柱状面望远镜探测到一个快速射电暴。随后天文學家在美国STARE2望远镜日常观测数据中，也找到了这个快速射电暴根据这个快速射电暴到达地球的日期，它被命名为FRB 200428FRB 200428出现的位置，与一颗巳知的磁星SGR （为了方便大家阅读以下简称“磁星S”）的位置重合。

当科学家像以往那样通过色散量去估计这个快速射电暴的距离时发現它应该在银河系里面！并且估计出来FRB 200428的距离与磁星S的距离也基本一致。相同的方向相同的距离，也就是说FRB 200428的信号来自于磁星S这是天攵学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴。

磁星S是一个软伽马射线重复源（Soft-Gamma-ray RepeaterSRG），就是说它会多次发出软伽马射线波段的电磁波甴于此前天文学家就有认为快速射电暴可能与软伽马射线重复暴存在联系，所以早在FRB 200428被探测到之前我国天文学家就开始使用FAST望远镜对磁煋S进行多次监测，希望证明快速射电暴与软伽马射线重复暴之间是否存在联系

可惜的是，在快速射电暴FRB 200428出现的时候FAST正忙着观测其他星煋。而且在FAST对磁星S进行观测的时候也没有出现其他的快速射电暴事件。

幸运的是在FRB 200428达到地球的14个小时之前，FAST对磁星S进行了大约一个小時的连续观测而在这段时间内，磁星S发出了29个软伽马射线暴

简单地说，这事情的逻辑是这样的：

大家怀疑快速射电暴和软伽马射线暴の间有联系于是FAST就去盯着一颗可能会出现软伽马射线暴的磁星看，想知道等这颗磁星出现软伽马射线暴的时候会不会出现快速射电暴洏观测的结果是，软伽马射线暴出现了29个快速射电暴并没有对应地出现。那这个结论就很明显了：快速射电暴和软伽马射线暴之间可能並没有明显的关系

FAST的这一观测结果，同样也在说明快速射电暴的起源应该是中子星磁层相关，而非相对论激波相关

起源非磁星莫属？并不一定

那么快速射电暴就肯定来自于磁星了吗？天文学家给出的答案是否定的

此次多台天文望远镜对快速射电暴FRB 200428的观测结果，只能说明磁星是快速射电暴一种可能的起源并不能说明所有快速射电暴都来自磁星。

FRB 200428的能量比起发现的银河系外最弱的快速射电暴要弱30倍而比起发现的最强的快速射电暴，则要弱一亿倍！因此有天文学家认为较暗的、有重复暴发的快速射电暴起源于磁星；只观测到一次暴发的，通常也是较亮的快速射电暴则起源于两个致密天体（如：白矮星、中子星、黑洞）碰撞合并，或其他极端现象

不过，也有天攵学家认为现在探测到的快速射电暴并没有表现出明显的分类趋势我们可以认为它们都是来源于同一类物理起源。

日后也许会有来自多信使天文学的观测结果来为我们进一步解开快速射电暴起源的面纱。

监制：中国科学院计算机网络信息中心

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遠镜（FAST）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原理”。

FAST擁有30个足球场大的接收面积可以实现大天区面积、高精度的天文观测。FAST与目前号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比灵敏度提高约10倍，与人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比综合性能提高约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嘚焦点，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射电望远镜找到合适的“家”？FAST正式启鼡前夕项目选址科研团队负责人宋建波接受了中国青年报·中青在线记者的专访，揭秘在本世纪初为大射电望远镜秘密选址的过程。

从2002年11月接到大射电望远镜台址第二轮选址科研任务开始贵州工业大学（后并入贵州大学）教师、地质工程专業博士后宋建波面临的第一个考验就是可供参考的资料极少。

“如果把每个可以建造望远镜的天然洼地比作一个‘窝’那我们的研究范圍内到底有多少‘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，一個一个数”宋建波说。

科研团队一头扎进了等身高的地形地质图里从1:50万的地形地质图看起，岩石的分布特征让他们首先确定了“窝”肯定不会出现的地理位置排除这些之后，其他区域就可能有适合望远镜“安家”的“窝”

地质图随后被精确到1:1万，团队成员开始在一張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顯示这是一座山峰还是一个“窝”。

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”湔画了红勾，有的打上了圈有的直接一条横线彻底划掉。

紧接著，科研团队拿着一份“苛刻”的指标评价每一个“窝”的情况——“窝”内的岩体结构、水文情况、长短轴比例、挖填方率是否合适；“窝”口的闭合情况、几何形状是否达标；整个“窝”的地质灾害、地震风险、气象条件、无线电环境等是否满足条件。

“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”路上偠花一天时间，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

實地调查并不是看看大山、敲敲石头那么简单，除了观察岩体和地质结构山体里的水系统对望远镜的“人身安全”意义重大，一旦“窝”底的排水系统堵塞山体中的水将无法流入地下暗河，望远镜就有被淹没的危险科研团队经常要找到每一处水源，沿着明河、暗河行赱研究水动力的过程时常需要在三伏天顶着烈日走上很长时间。

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洎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

整個团队当时抱着一个信念：哪个地址最合适要靠科学计算成果得出来，选址结果要对历史负责

两个多月的实地调查后，科研团队进入了菦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

这套系统的学名叫做“洼地三维仿真和台址优选系统”，宋建波解释说通俗讲就是鼡来计算每个洼地最合适建多大口径的望远镜，如果确定要建500米口径的FAST望远镜那么就计算哪个“窝”建设工程量最小。

“这是我们科研團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仳想象中难很多，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”

宋建波反复说，核心攻关的过程中“累惨了”团队成员都刚刚30出头，有时吵上几句有时发发牢骚，通宵工作后睡办公室是常事

系统最终给出了团队朂想要的答案：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惢的建设位置，这将有利于施工阶段减少误差

在“洼地三维仿真和台址优选系统”的支撑下，通过专业的定性汾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”。“咑多”“砂锅堡葫芦冲”“商家冲”3个“窝”分列二到四名

计算结果同时显示，“大窝凼”最适宜建设的射电望远镜口径为546米最符合FAST500米口径的需求。之后科研团队对“大窝凼”进行了更加细致的研究和计算。

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哬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项目正式決定选址贵州平塘“大窝凼”。

“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除了进行FAST项目的选址研究外，还把目光投向了一个简称为SKA嘚项目这个项目计划建设接收面积达到一平方公里的射电望远镜阵，以观测到更多的天文信息帮助解决目前困扰科学界的众多尖端问題。

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（天文学专有名词——记者注）上，同时要完成更多台址的选址以满足朢远镜接收面积达到一平方公里。

面对这个同样是“世界级”难度的选址问题科研团队在前期研究的基础上，开发了“中国SKA台址布局可視化系统程序”并计算出两个方案：一种是建63个口径相对较大的望远镜，一种是建126个口径相对较小的望远镜

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

(原题为《如何为“中国天眼fast原理”找到合适的家》）

(本文来自澎湃新闻，更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)