一口幕天席地的鍋,涮著星群的波
  聽說,上星期,各大媒體蜂擁到了貴州的一個(gè)山坳里,人人都在傳:
  “大鍋!”
  “直徑500米!”
  “面積足有30個(gè)足球場(chǎng)!”
  美食節(jié)目?當(dāng)然不是。這口架在平塘縣天然喀斯特坑谷里,大得漫山遍野的金屬鍋,涮的并非酸筍餌塊,而是電磁波。它就是近期最耀眼的天文工程明星,國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡。雖然英文簡(jiǎn)稱“FAST(快)”,整個(gè)項(xiàng)目可是慢工出細(xì)活:
  1. 1994年選址,2011年開工——搞定鍋臺(tái):

  2. 去年底圈梁合龍,今年二月索網(wǎng)編攏——支起鍋架:

  3. 今年八月初到現(xiàn)在,反射面單元一塊塊吊裝成功——正拼鍋殼:

  等明年九月竣工,相信,比起那些給山加個(gè)蓋兒給島套個(gè)圈兒的環(huán)境雕塑,F(xiàn)AST也不遑多讓,堪稱又酷又深情的大地藝術(shù)(land art)吧?

  難道,還有比FAST更大的?——天文望遠(yuǎn)鏡快速分類法
  世界最大的球面射電望遠(yuǎn)鏡,F(xiàn)AST當(dāng)之無愧。然而,去掉前綴,它是不是世界最大的望遠(yuǎn)鏡呢?
  如果你上網(wǎng)搜索一下,可能會(huì)發(fā)現(xiàn),這個(gè)百科說:最大的在西班牙,直徑10米。那個(gè)媒體說,最大的在智利,正在建,直徑39米。還有的說,最大的在俄羅斯,直徑576米。更多的說,落伍了吧,最大的在南非和澳大利亞,也在建,據(jù)說信號(hào)收集面積1平方公里,分布范圍超過3000公里!
  有準(zhǔn)兒沒有?
  其實(shí),這些說法都沒有錯(cuò),但并不嚴(yán)格,這就得淺顯講講天文望遠(yuǎn)鏡的分類。
  分類法很多,最系統(tǒng)的,是按照望遠(yuǎn)鏡探測(cè)的電磁波類型來區(qū)分:探測(cè)無線電的,叫射電望遠(yuǎn)鏡;探測(cè)可見光的,叫光學(xué)望遠(yuǎn)鏡;類推之,還有紅外線、X射線、伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡等。
  每一類可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)再細(xì)分下去。
  例如射電望遠(yuǎn)鏡可以按照形態(tài)分為,球面射電望遠(yuǎn)鏡、拋面射電望遠(yuǎn)鏡、帶形射電望遠(yuǎn)鏡,還有一種,是把好多單個(gè)射電鏡連起來,組成一個(gè)望遠(yuǎn)鏡陣,再把單個(gè)采集的數(shù)據(jù)綜合起來,這個(gè)陣,就相當(dāng)于一個(gè)虛擬的超大望遠(yuǎn)鏡了。
  再例如,光學(xué)望遠(yuǎn)鏡可以按照原理分為,折射望遠(yuǎn)鏡、反射望遠(yuǎn)鏡、折反射結(jié)合望遠(yuǎn)鏡,也有多個(gè)望遠(yuǎn)鏡組成的陣。
  而只有同一類,才能比大小。
  不過,科學(xué)之美,既形而上,也形而下,又豈止于大?
  就像音樂愛好者衍生了音響發(fā)燒友,天文愛好者也會(huì)衍生出天文工程控和天文臺(tái)旅行團(tuán)。一句話:我們愛星星,但我們更愛望遠(yuǎn)鏡!滿世界名山大川、“宮堡基廳”,全是熱門旅行團(tuán)在合影,再踏上說走就走的窮游路時(shí),我們何不獨(dú)辟蹊徑,去看看奇形怪狀的望遠(yuǎn)鏡?
  好了,快速分類法在手,現(xiàn)在我們可以拿起世界地圖,訂好機(jī)票,挑想看的看了。
  射電望遠(yuǎn)鏡之美,美得波瀾壯闊,地陷天旋。先看它們。
  拋面射電望遠(yuǎn)鏡
  大多數(shù)射電鏡,都是拋面的。如果看過安慰劑(Placebo)樂隊(duì)名曲《The Bitter End》的MV,也許還記得,主唱Molko帥氣得刷著吉他,鏡頭一拉,人小如蟻,竟是站在英國柴郡的洛弗爾(Lovell)望遠(yuǎn)鏡上,拋面碟盤直徑76米,轉(zhuǎn)得白云千載空悠悠:

  如果在拋面射電鏡里排尺寸,這個(gè)叱咤流行文化的天文工程明星只排第三,德國波恩直徑100米的埃菲爾斯伯格(Effelsberg)望遠(yuǎn)鏡排第二,而第一名,也是這顆星球陸上最大的可移動(dòng)物體,在美國西弗吉尼亞,直徑110米,高過自由女神像,叫“綠岸”(Green Bank)——沒錯(cuò),《三體》的“紅岸”即典出于此:

  感受到它的美了嗎?綠岸淋漓盡致地體現(xiàn)了射電鏡的純白,高冷,奇崛,未來派。
  順嘴一提,綠岸直徑90米的前身,三十年前因?yàn)榻菗伟骞收希弥弥尤凰耍赡闱疲妓眠@么帥:

  而最能滿足民族虛榮心的,叫“天馬”,直徑65米,亞洲最大,自一二年起屹立上海松江,在黃昏蒼穹下緩緩巡天時(shí),目擊者普遍表示已經(jīng)看哭:

  如果過幾年,等新疆奇臺(tái)直徑110米的建好,這座次還得重排。
  到時(shí)候,中國搖滾樂隊(duì)有福了,農(nóng)業(yè)重金屬和胡同小清新們,終于不必死守著冷卻塔或綠皮火車自拍個(gè)沒完了。
  球面射電望遠(yuǎn)鏡
  拋面和球面的區(qū)別在于:電磁波平行入射進(jìn)來,前者能把它們聚焦在一個(gè)點(diǎn)上,后者卻只能聚焦在一條線上。只有聚焦處,才能用饋源采集數(shù)據(jù)。
  這就要說到FAST的最新進(jìn)展了:大鍋四周,六座百米多高的支撐塔,用鋼索吊起了饋源艙——就是那個(gè)紅頂小白盤:

  可能有些看不真切,太遺憾了。因?yàn)橥ㄟ^它,可以引出FAST最大的創(chuàng)新點(diǎn),叫“主動(dòng)反射面”。而這,還得從另一口大鍋講起。
  如果看過暴露年齡的《007之黃金眼》或《超時(shí)空接觸》,也許對(duì)那一口嵌在朗朗青山中的大鍋還有印象。那正是FAST的前輩,波多黎各的阿雷西博(Arecibo)望遠(yuǎn)鏡,直徑305米:

  如今,這個(gè)獨(dú)大五十年,叱咤流行文化的天文工程明星,行將在球面射電鏡里屈居老二了,它不僅輸在尺寸,也在技術(shù):采集數(shù)據(jù)太費(fèi)勁。
  記得007和006懸空搏斗的那根大白棍嗎?是阿雷西博早先的饋源,直接沿著焦線,不太好用,被換掉了:

  記得吊在科學(xué)女和宗教男身后的那個(gè)大穹頂嗎?是阿雷西博后來的饋源艙,間接把焦線聚成焦點(diǎn),好使,可有好幾百噸重:

  接下來,就要說到“主動(dòng)反射面”了:FAST的反射面能局部變形成拋面。
  這樣,采集數(shù)據(jù)可輕松多了,大白棍和大穹頂都不需要,紅頂小白盤就夠,才30噸重。
  江山代有“大鍋”出,風(fēng)騷輪到FAST領(lǐng)。
  這次,本土科幻導(dǎo)演有福了,再向海外輸出文化產(chǎn)品時(shí),不愁沒有狂拽炫酷的實(shí)景。
  帶形射電望遠(yuǎn)鏡
  如果不限于球面,確實(shí)還有比FAST更大的射電鏡。
  它來自擅長(zhǎng)氣吞山河的前蘇聯(lián):近九百塊反射單元圍成一個(gè)圈,加上復(fù)雜的饋源,構(gòu)成了世界最大的單個(gè)兒射電望遠(yuǎn)鏡。這就是前面說直徑576米,在俄羅斯北高加索的RATAN-600:

  射電望遠(yuǎn)鏡陣
  還有比FAST和RATAN-600更大的嗎?不好說。
  如果你看過《終結(jié)者2018(Terminator Salvation)》,也許會(huì)對(duì)下面這個(gè)剿殺人類的天網(wǎng)基地眼熟。

  最炫出場(chǎng),還是《超時(shí)空接觸》,科學(xué)女收到外星人信號(hào),縱身飚車時(shí),背景上二十七架直徑25米的拋面鏡組成一個(gè)Y型陣,搖頭晃腦,不時(shí)踩著21公里長(zhǎng)的軌道雍容變陣,簡(jiǎn)直像十層樓高的機(jī)械百合花在集體散步: 

  這就是叱咤流行文化的最大牌天文工程明星,美國新墨西哥的甚大陣(Very Large Array): 

  這種陣,小到兩畝三分地,大到縱橫大洲,跨越大洋,浩浩湯湯,好看極了,前面說的幾位拋面、球面大佬,還有南非和澳大利亞那個(gè)在建的平方公里陣(Square Kilometer Array),都是未來寰球望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)的一部分。
  但這畢竟是陣,和單個(gè)兒的比尺寸,沒有意義,在分辨率和靈敏度上,各有優(yōu)勢(shì)。
  光學(xué)反射望遠(yuǎn)鏡
  射電鏡更像天線,像耳朵,光學(xué)鏡則更像鏡子,像眼睛。
  前面說直徑10米的,是西班牙加那利群島上的大加那利望遠(yuǎn)鏡(Gran Telescopio Canarias)(見下圖),而直徑39米的,是智利阿塔卡馬沙漠上的歐洲極大望遠(yuǎn)鏡(European Extremely Large Telescope),都是反射鏡,也分別是現(xiàn)有和在建的最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。

  它們的鏡面是由許多六邊形的小鏡拼起來的。
  有整塊的嗎?有!
  如果你看過國家地理頻道的《極限維修大挑戰(zhàn)》,可能還記得那塊直徑8.2米,厚才18厘米的大鏡面,被小心翼翼地拆掉,運(yùn)下山清洗,主持人說,一定要蒙好帆布再運(yùn)啊,的確,不然陽光被這么大的凹面一聚焦,激光炮似的,天堂都要被燒化吧。

  這就是也在阿塔卡馬的甚大鏡(Very Large Telescope),一共四個(gè)反射鏡,主要單個(gè)兒使,偶爾也組成陣:

  注意別搞混:甚大“陣”在美國,是射電鏡;甚大“鏡”在智利,是光學(xué)鏡。
  光學(xué)折射望遠(yuǎn)鏡
  那折射光學(xué)鏡呢?這可說來話長(zhǎng)。折射鏡資歷太老,是所有望遠(yuǎn)鏡的祖宗,現(xiàn)在提得少了,可當(dāng)年照樣叱咤過:
  1673年,偉大的赫維留造了一架20厘米細(xì),46米長(zhǎng)的折射鏡,跑道似的吊在27米高的桅桿上,吹口氣兒就打晃兒(見左下圖)。
  1686年,偉大的惠更斯兄弟造了一架22厘米細(xì)、64米長(zhǎng)的折射鏡,沒有鏡筒,物鏡高懸樹梢,目鏡攥在手里,中間連著一根繃直的長(zhǎng)繩,以助校正,看上去更像兒童錫罐電話,用于跟瞠目結(jié)舌的云彩聊天(見右下圖)。

  夠驚世駭俗吧?沒有這些神經(jīng)病似的狂想,哪兒來的現(xiàn)代科學(xué)啊。雖不能觀,心向往之。
  天文望遠(yuǎn)鏡旅行地圖
  其它奇形怪狀的望遠(yuǎn)鏡還有的是:美國新澤西的號(hào)角天線(Horn Antenna)像個(gè)大耳朵,發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射,也算射電鏡:

  另有飛在平流層的索菲亞天文臺(tái)(SOFIA)帶了紅外線鏡(見左上圖),趴在月亮上的嫦娥三號(hào)端著近紫外/光學(xué)反射鏡(見右上圖),飄在外太空的哈勃(Hubble)是光學(xué)反射鏡(見左下圖),埋在南極冰下分布一立方公里的冰立方(IceCube)是中微子望遠(yuǎn)鏡(見右下圖)……都太遠(yuǎn)了,高山仰止吧。

  游不在遠(yuǎn),有心則靈。哪怕就在北京,在霧靈山腳啃著罐燜肘子,抹抹油嘴,望望山巔靜若白鴿的郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST),也會(huì)剎那間盡褪紅塵,一洗凡心吧?

  最后奉上的,是最迷人的:在一座小山頂,3噸水銀被傾入一只巨盤,款款旋轉(zhuǎn),一個(gè)完美的液態(tài)拋面翩然出現(xiàn),一個(gè)直徑6米的金屬池塘,終于映出了天頂?shù)娜盒恰?br />  這是加拿大不列顛哥倫比亞的液態(tài)望遠(yuǎn)鏡:

  最后,總結(jié)本文所及大部分望遠(yuǎn)鏡的地理位置:

  鄭重提醒:
  天文望遠(yuǎn)鏡觀光,宜遠(yuǎn)觀,不可褻玩,切忌干擾!
  看光學(xué)鏡,關(guān)掉電筒!
  看射電鏡,關(guān)掉手機(jī)!

奇形怪狀的天文望遠(yuǎn)鏡觀光指南

圖文簡(jiǎn)介

聽說,上星期,各大媒體蜂擁到了貴州的一個(gè)山坳里,人人都在傳:“大鍋!”……