2016年9月，全球口径最大的单反射面射电望远镜——500米口径球面望远镜，也就是中国天眼FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）正式建成，自此，我就想去一睹它的真容。不过当时其正处于调试阶段，并未对外开放。直到2020年末，国家正式验收，天眼开始进行观测活动，也在后续逐步对外开放，我的旅行愿望也变得可能。于是，在这个暑假，我非常有幸参加了由“青年天文教师连线”组织的中国天眼研学活动，这是我第二次“单飞”长途出行。上周日，我从北京出发，经过近三小时的飞行，终于抵达贵州贵阳，也见到了带队老师和一起参加活动的同学。从机场到酒店的两个多小时的车程里，我满是憧憬与期待，这次活动我们可是要全方位接近天眼。随着汽车上了高速，周边的景色迅速变化，贵阳城区的高楼大厦渐渐消失，取而代之的是喀斯特地貌独有的绿色峰林。又过了一段时间，车子驶入了一个不大的小镇。司机师傅告诉我们，这里是最后一个有信号的地方，再往里走就要进入以天眼为中心五公里内的电磁屏蔽区核心区，手机就收不到任何信号了。“光年之外”实景
最终，在曲折的山路后，车子进入一个山洞，山洞表面崎岖不平，有许多坑洼，是一个喀斯特溶洞，洞里装饰了许多彩灯，被称为“桃源洞”。穿过这个洞，我们抵达了中国天眼“光年之外”酒店。这里四面环山，真的宛如《桃花源记》中所描述的“桃花源”那样，只是由于气候原因，周围没有桃花树罢了。下车后，我们在酒店用餐，见到了两位天文老师，这两位老师都是大学霸，本科在北师大天文系就读，一位在荷兰和英国留学读硕士和博士，另一位已经直博北大。也许因为年龄相差不大，几乎是平辈人，因此和老师讨论问题，就像是和朋友聊天一样，非常自然。在接下来的几天里，这种交流氛围也让我学习天眼相关知识的效率大大提升。第二天早上，大家全都整装待发，前往天眼观景台。经过一小时的车程，我们抵达了观景台脚下。登上七百多级台阶，我们已经累得气喘吁吁。从观景台俯瞰，这口“锅”坐落于大山之中，六座高高的铁塔顶端有六根钢缆连接着馈源舱，它好似能装下周围的群山，很是雄伟。大气对电磁波的吸收
看完了FAST的外貌，我对其工作原理产生了好奇，以及它为什么要做得那么大，后续几天的课程和活动，都解答了我这一系列的疑问。FAST是射电望远镜，其实就是一个射电波接收装置，只不过为了接受来自遥远星系的微弱射电波，需要用巨大的反射面将射电信号聚焦到馈源舱上。射电信号和可见光本质上都是一种电磁波，不过两种电磁波的波长却不同：可见光的波长在数百纳米，比可见光波长更短的有紫外线，X射线和伽马射线；比可见光波长更长的有红外线，微波和无线电波。射电波的波长范围在10μm—30000m，在微波和无线电波的范围内，FAST所能观测的波长在几十厘米到约百米之间。波长越长的电磁波，其总能量虽然小于短波，但在长距离传输时能量损耗却更小，因此，射电望远镜将比同规格光学望远镜观测到更多的星体信息。这时有人可能会问，天体会发出所有波长的电磁波，如果修建其它类型的望远镜，不是能再观测到一些特有的信息吗，为什么我们通常只有观测可见光的光学望远镜和观测射电波的射电望远镜。这是因为地球具有浓厚的大气层，其中多数电磁波几乎会全部被吸收，只有可见光和射电波的吸收程度最低，几乎不会吸收，因此地球表面只有这两种类型的望远镜。其它类型的望远镜，通常会发射到大气层外，比如说去年刚刚发射的詹姆斯韦布太空望远镜，就是用于观测红外线的。调试“OAPT”
理论说了不少，接下来就该进行实践了，FAST究竟是怎么运行的，为此我们利用手上的材料，自己制作了一个小型的“射电望远镜”，我仿照FAST将其命名为OAPT(One-meter Aperture Paraboloidal
radio Telescope)，一米口径抛物面射电望远镜，说白了其实就是以前农村的卫星锅，但是并不连接机顶盒，而是连接一个叫做寻星器的装置，可以感测射电强度。组装完成后，我们先把这口锅对准了太阳，这个最好找的射电源，这时，寻星器的指针已经开始摆动，有人把寻星器的灵敏度调的过高，竟然将其当场烧毁，这一切说明这套设备没有问题，可以接受一些明显的射电信号。这时，老师给我们拆开了“OAPT”的馈源头，里面结构十分简单，只有两根互相垂直的细铁棍。原来，当电磁波穿过金属时，会在其中产生微弱的电流，这些电流信息经过一系列电路的放大，其大小和波动频率就是我们收到的射电信号。FAST观测功能的本质也是如此，只不过精度要高很多，并配合了大量的数据处理和存储设备，据说FAST每小时就会产生20TB数据，全部由特定的服务器阵列进行存储。讲着讲着，太阳高度已经变低。这时，我们再次来到室外，试图将“OAPT”对准一颗名为“中星6B”的同步卫星。经过一段时间的调试，我收到了明显的信号，通过手持解码器，甚至收到了包括中央台在内的一些电视节目。不过老师告诉我们，在FAST的观测中，卫星信号其实属于干扰信号，毕竟用这么大一口锅看电视实在是大材小用了。为了避免这种情况，FAST其实不会像我们那样对准一颗卫星。上海天文台65米口径射电望远镜
然而，FAST不像上海天文台的65米口径射电望远镜，可以通过钢架和电机把整个反射面转动对准某个天体，那么它难道就像美国的阿雷西博望远镜那样只能对着正上方，地球转到哪就看到哪吗？当然不是，这正是FAST的创新之处所在。FAST和“OAST”的区别，除了悬殊的口径之外，就是“Spherical”和“Paraboloidal”，也就是球面和抛物面的区别了。一束平行光照射在球面凹镜上，经过汇聚会形成一条线，如果想要汇聚为一点，就需要利用抛物面进行反射。“OAST”和上海天文台的那些小口径射电望远镜，采用的是固定反射面，这些反射面都是抛物面，会将直射而来的平行射电信号汇聚于馈源头，通过自身的旋转和俯仰对准接收固定天体的信号。FAST局部变形抛物面跟踪天体
在工作人员的带领下，我们到达FAST科研基地内部，到“锅边”和“锅底”等部位近距离参观，发现FAST的反射面是由4450块小的三角形反射面，也就是反射单元架在钢索网上组成的。由于索网的弹性，在没有外力时，所有反射面共同组成一个球面，对准正上方的天空。当需要对准单一天体进行观测时，部分助动器电机会通过钢丝绳拉动索网变形，使对应区域形成直径300米的抛物面，然后六座铁塔通过钢索将馈源舱吊到该抛物面的焦点处。这些过程说起来复杂，实际上把球面变成抛物面，运动距离最长的点也仅需要拉动38厘米，因此FAST切换观测对象所需的时间，不超过10分钟。我在“锅边”观察时，很幸运的赶上了FAST换源，可以明显看到馈源舱的移动，以及反射面上球面和抛物面间的界限。综上述，FAST的工作过程是如此之复杂，属实是一个精密的仪器。由于其多为钢结构，同时有大量带电设备，因此十分怕水，其庞大的身躯，也很怕风吹。为了避免干扰，不得不建在“天无三日晴”的贵州深山中。那么大片的山区，选在大窝凼也是很有讲究的，其周围重峦叠嶂的山峰可以挡风，还巧妙运用了喀斯特地貌。喀斯特地貌之所以有如此巧妙的作用，是因为这是一种岩溶地貌，碳酸钙为主要成分的石灰岩在含有二氧化碳的酸性雨水中，形成易溶于水的碳酸氢钙，从而被侵蚀，形成地上的峰林，这些水渗入地下形成地下河，冲刷和溶蚀地下岩石。后来地壳抬升，水位下降，地下暗河就消失了，留下干溶洞。地上的降水与河流侵蚀地面与溶洞联通形成了落水洞，俗称“天坑”，而大窝凼内就有落水洞，雨水等可以快速渗入地下，就不必单独修建一套排水设施。溶洞探险
活动中，我们还进入了一处名为“天硐”的溶洞，这个溶洞与北京附近的溶洞不同，走的是原生态旅游策略，并没有进行大规模的开发，保留了大量的原始样貌。在景区探洞项目负责人的带领下，我们在洞中连走带爬三个小时，看到了洞壁上由水流磨蚀出的光滑的坑洼，还有富含碳酸氢钙的地下水，经过上千年的滴落凝结形成的石钟乳和石柱等，据说这些钟乳石一百年才能长一厘米，因此我们打趣道：“嘎嘣一声，好几千年就没了。”我的这次活动收获颇丰，非常圆满，此外，因为信号屏蔽区内几乎不能上网，也让我在手机使用上深有感触，网络世界固然丰富多彩，但是当我真正接近自然后，才体会到了这种独有的自然之美。因此回到北京后，我也决心振作起来，不要一天天沉迷于上网看视频，我设定了时间限制，把更多美好的时光用在学习、阅读和锻炼身体等正事上。如果我真的能这样振作起来，达到这种高效的状态，在接下来初三的学习中，也不会很困难，很痛苦。并且，在这研学活动的三天里，我每天都很充实，我想这是因为活动计划清晰明确，做事就会高效。希望以后能够有机会多多参与这类研学活动，用一种更加贴近实际的方式去学习知识。作者简介：金元宝，男，2007年10月生，初二“求知少年”。『小小少年说』公号创建者，周五专栏小作者。自2016年3月25日起，每周一篇，记录成长。
元宝妈的话：两年前我就看中了青天连的这个研学之旅，可惜受疫情所限未成行。这次暑假，元宝和默默一起顺利结伴单飞。研学结束回到家时已是晚上10点多，元宝却兴致勃勃要和我讲FAST，我面露难色，他居然就不满，我赶紧拉来元宝爸爸，两人兴奋地讨论到深夜。
好久没看到元宝这么激动了，我想，这不止是为这伟大的工程，更是在各位“学霸”老师的引领下，使他感受到了科技之壮美，为人类对无穷宇宙的永恒探索而感动。
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