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9月25日，全球最大射電望遠鏡——被譽為“中國天眼”的 FAST正式落成投入使用。中國成功建造世界最大射電望遠鏡的新聞令海內(nèi)外華人莫不歡欣鼓舞之至。數(shù)月前，當500米直徑的主反射鏡拼裝完工時，我在中國科學網(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射電望遠鏡對天文物理學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)域中的應用：它可參與中國航天工程中的測控系統(tǒng)，把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至整個太陽系，也可用它來接收深空衛(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、電離層和地磁場的有關(guān)參數(shù)，為子午工程（大型空間環(huán)境地基監(jiān)測系統(tǒng)）作出貢獻。其實FAST就是放在云貴高原上的一部超大型被動式雷達，它在軍事戰(zhàn)略上的作用我就不置喙了。

我對中國工程技術(shù)飛速進步的由衷敬佩、對從事該項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。有些媒體報導：中國建最?！疤煅邸鳖I(lǐng)先國際20年；外國科學家參觀后也感到很震撼，“他們都很期待我們這個全世界最先進的天文設(shè)備能成為人類觀測外太空的利器，有新的科研成果出來?！?；人們開始幻想，它能否聽到“天外來客”的聲音？我覺得這些都不是科學事實，這樣的宣傳報導違背了實事求是的原則。

射電望遠鏡和所有的望遠鏡一樣，把遠處相鄰物體區(qū)分開來的能力是它最重要的性能指標。這種分辨本領(lǐng)一般用成像系統(tǒng)對兩個可辨目標之間的最小張角來表示，亦稱角分辨率。角分辨率不變，觀察物越遠，望遠鏡的最小分辨間距變大，所以當觀察研究的天文對象越遙遠，我們就必須使用角分辨率更小的射電望遠鏡，否則就無法得到研究對象的精細結(jié)構(gòu)。通常情況下，望遠鏡的角分辨率基本上決定了其“望遠”的本領(lǐng)。

物理學告訴我們光波就是波長較短的電磁波，因而射電望遠鏡和光學望遠鏡實際上就是同一類工具，它們檢測的僅是不同波長的電磁波。這有點像體溫計和氣溫表，它們的差別就是測量溫度的不同的區(qū)域而已，在下面的討論中，除非特別注明，我們把射電和光學望遠鏡都統(tǒng)稱為望遠鏡。望遠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)瑞利公式計算出來的。望遠鏡的角分辨率與望遠鏡的主反射鏡的直徑成反比，而與工作的波長成正比，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，導致點光源形成艾里斑，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，工作波長主要在0.3m，而一般的光學望遠鏡工作波長在可見光波段，最長不會超過800nm (即 0.0000008m），那么它與直徑為多少的光學望遠鏡的角分辨率相當呢？這是一道小學生算術(shù)題，

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

事實上FAST射電望遠鏡的角分辨率還不及我們?nèi)说娜庋?，一般人眼的瞳孔直徑?—9毫米，人眼的角分辨率比FAST也要強幾倍。順便提一下，千萬別小看了人眼的望遠能力。著名天文學史家席澤宗先生指出：中國的天文學家甘德在公元前四世紀中葉憑肉眼可能就觀測到了木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二。甘德的發(fā)現(xiàn)早了伽利略近兩千年，這也是一個奇跡[1]。

射電望遠鏡角分辨率差的原因是工作波長太長的緣故，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望遠鏡媲美，但是我們知道反射鏡表面的加工精度一般與工作波長同一量級，所以相比光學望遠鏡而言，射電望遠鏡的反射鏡的制作要容易做得多，所以直徑也容易做得大。這世上實在是沒有捷徑可走的，從工程師的角度看世界，所有因素本無好壞和高低之別，揚長避短、因勢利導方顯工程師英雄本色。

射電望遠鏡把工作波長設(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波段。這個波段的電磁波的波長至少是可見光的數(shù)萬倍，現(xiàn)代好一點的光學望遠鏡的主反射鏡的直徑都在數(shù)米以上，如果要讓射電望遠鏡趕上這個角分辨率水準，其主反射鏡的直徑至少要數(shù)萬米，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，因而像FAST這樣的超大型單口徑射電望遠鏡有些像侏羅紀的恐龍，它們未來的發(fā)展前途十分有限。

除了增大主反射鏡的直徑，改善射電望遠鏡的角分辨率是否還有其它途徑？答案是肯定的，畢竟天無絕人之路(there's will there's way)。七十年代由英國開始研制的綜合孔徑射電望遠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?，使用分散的多臺射電望遠鏡同時接收射電信號，然后把信號匯總交計算機分析比較，產(chǎn)生高分辨率的天體射電幅射圖象，走的就是“人民戰(zhàn)爭的道路”。

ALMA（阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡）是世界上功能最強大、技術(shù)最先進的綜合孔徑射電望遠鏡系統(tǒng)。這個由歐洲、美國、加拿大、日本、智利等國家和地區(qū)合作建設(shè)的射電望遠鏡陣列共有54臺12米直徑和12臺7米直徑的射電望遠鏡組成，散布在南美智利的5千米的高原平臺上。整個系統(tǒng)的建設(shè)化了十多年，總投資14億美金，被譽為二十一世紀的金字塔工程。整個ALMA系統(tǒng)的角分辨率比哈勃太空光學望遠鏡還要強五倍！它的角分辨率比中國的FAST大概強數(shù)千倍。

圖2

圖2這張ALMA的全景照十分震撼人心，這幾十臺既龐大又精密的射電望遠鏡散布在高原荒野之中，最大間距約十六公里。它們各自的位置會根據(jù)研究項目作相應的調(diào)整。把ALMA放在南半球這塊遠離文明的5千米高原上是經(jīng)過深思熟慮的。ALMA的工作波長在0.3—9毫米波段，從圖2中可看出大氣層對這個波段的電磁波的吸收和干涉十分嚴重。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夜晚都是較好的觀測天氣。據(jù)統(tǒng)計，在1570年至1971年間，這里沒有明顯的降雨過程，這對望遠鏡的維護也是極為有利的。

圖3）橫軸是電磁波的波長，縱軸是大氣層對電磁輻射的吸收率，曲線顯示不同電磁輻射穿透大氣能力與波長的關(guān)系。從圖中可看出，中國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選址在遠離文明的智利高原上也可避開人為的電磁輻射污染。建在南半球的天文站有得天獨厚的視角優(yōu)勢，它更利于對銀河系核心區(qū)域的觀察研究。當然，相對穩(wěn)定的政治環(huán)境，也是ALMA選擇智利的一個重要原因。