中國天眼形似大鍋，如果不排水，暴雨后或變成堰塞湖？

作者/吳一千

中國天眼全稱500米口徑球面射電望遠鏡（英文簡稱FAST），是世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，在中國天眼之前，稱為世界之最的是美國的300米口徑阿雷西博望遠鏡（Arecibo），在1974年建成后的50年里，一直無人超越，直到中國天眼出現。

中國天眼的建設耗資耗時，自1994年由我國天文學家南仁東提出設想以來，經歷了22年風雨才建成，共耗資近6.67億元人民幣，建設面積28000平方米，直到2020年1月份才通過國家驗收，正式使用。這是一個非常宏大的工程。

從高空俯瞰中國最大射電望遠鏡"天眼"，它的形狀如同一口湯鍋，放幾個餃子也毫不違和，因此不少人可能都會問：假如遇上大暴雨，會不會填滿？中國天眼如何排水？

中國天眼的地勢和結構決定了它無法存水

中國天眼位于貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼的一處喀斯特洼坑中，因為中國天眼是球形的，并且直徑有半公里，形似一個大碗，之所以選擇這樣的"碗形"地貌，就是為了減少開挖的土方量，省錢。

經過相關團隊考察，大窩凼地形主要為喀斯特地形，以可溶性巖石為主，經過長期的雨水或地下水沖刷，早已經形成了大量地下河以及溶洞，所以根本不用擔心中國天眼被雨水淹沒，甚至形成堰塞湖。這種地形的缺點是地表存不住水，所以無法種糧食，但沒想到"變廢為寶"，特別適合中國天眼。

中國天眼即使海平面上升也不會淹沒，因為其最低點大概就1200米，這意味著高出海平面1200米，而海平面上升1200米是不可能的，假如真的到了那一天，人類能否繼續(xù)生存都成了問題，哪里還有心思探索太空呢？

中國天眼最主要的部分，即"大鍋"部分，是由4450塊反射單元拼接的，如果靠近看，反射單元并非實心，而是在上面布滿了密密麻麻有規(guī)律的小孔，小孔的大小是經過專門設計的，有排水的作用，其他作用是減輕重量，透光，通風。

中國天眼有什么用？為什么這么大？

使用過衛(wèi)星鍋或者天線都知道，如果把電視調到沒有信號的頻道，屏幕上就會出現雪花加嗡嗡的噪音，這些信號大約有1%是來自宇宙深處的電磁波信號，是宇宙大爆炸后的殘留信號。跟衛(wèi)星鍋類似，中國天眼用于探索宇宙深處的信號。

大鍋能比小鍋接收到更多臺，信號質量也更好，射電望遠鏡與此類似。自1931年美國天文學家在自家后院搭起第一架9.5米的射電望遠鏡算起，全世界所有的射電望遠鏡所采集的能量，連一張紙都翻不動。中國天眼面積相當于30個標準足球場，有利于捕捉宇宙中微弱的信號。

中國天眼主要有兩大目標，分別是巡視中性氫和探索脈沖星。中性氫就是不帶電的氫原子，但是只有原子躍遷才會發(fā)出能量，但中性氫沒有電磁波發(fā)出，怎么檢測呢？其實處于基態(tài)的中性氫會有一定幾率產生自發(fā)躍遷現象，此時會散發(fā)能量被我們捕捉到。

因為氫原子結構簡單，只有一個質子和一個電子，宇宙形成之初質子電子相互結合，因此產生了大量的氫原子，氫原子也是宇宙中最豐富的物質。通過探索中性氫的分布，我們可以摸清宇宙的質量和結構。

中性氫能看到普通光學望遠鏡難以看到的部分

脈沖星的產生是因為高速旋轉的中子星從磁極不斷放射出高能輻射，類似燈塔一樣，每轉一圈就是一個周期，脈沖星也有這樣的周期，我們對此主要有兩種應用。

對多個脈沖星進行觀測，可以建立脈沖星計時陣，這是自然界存在的一種非常準確的時鐘，在毫秒級可以媲美原子鐘。

可以這樣說，在地球靠衛(wèi)星定位，在太空靠脈沖星定位。脈沖星因為能被不斷觀測到，且具有規(guī)律性，所以很容易在天空確定其位置，這樣多個脈沖星就如同大海中的燈塔，可以指引深空探索飛行器，中國天眼可以幫我們建立脈沖星自主導航系統(tǒng)，因為人類未來極大可能會向外太空發(fā)展。

美國"天眼"的現狀怎樣了？

在中國天眼建成之前，美國的阿雷西博射電望遠鏡是全世界最大的單孔徑射電望遠鏡，口徑大小為305米。和中國天眼類似，考慮到防水和工程量，阿雷西博射電望遠鏡也在溶洞地形的一處凹坑內修建，那么它的現狀如何？

因為在2017年遭受颶風"瑪麗亞"破壞，而且在2019至2020年間又被地震影響，最終望遠鏡的"大鍋"完全損壞，而且早在2006年，美國國家科學基金（NSF）就不資助了，于是阿雷西博望遠鏡在2020年11月19日宣布退役，如今銹跡斑斑，如同一堆破爛。

中國天眼跟它相比，綜合性能提升了大約10倍，并且在未來20到30年內會保持世界一流水平。

其實，最早在1994年的時候，我國天文學家南仁東先生就提出修建“中國天眼”，這個工程最引人注目的并不是耗資超過六億，而是整個修建過程耗費了22年時間，雖然它在2016年的時候就開始進入了調試期，但是直到2020年1月11號這天，中國天眼（500米口徑球面射電望遠鏡，FAST）才正式通過國家驗收投入到正式運營中。

中國天眼看上去很大，因為這個球面射電望遠鏡足足有500米寬，被譽為全世界最大的球面射電望遠鏡。如果看到這個望遠鏡的人應該都知道，它與我們想象中的望遠鏡長得完全不一樣，就像是一個鍋口朝上的大鍋接收著地外世界傳來的信號。那這張大口鍋會不會在遭遇百年一遇的暴雨時被裝滿？它到底是怎么排水的？

“中國天眼”不會被暴雨裝滿的理由至少有以下三點：

第一，選址特殊！

很多人都知道中國天眼在貴州的大山里面，但為什么偏偏是貴州克度鎮(zhèn)南面的大窩凼洼地？其實，在修建“中國天眼”之前有12戶人家住在這里，在當地生活了好幾十年的老人曾表示自己怎么也沒想到這里會建造一個如此了不起的望遠鏡。

這個“巨無霸”一般的射電望遠鏡，剛好就處在大窩凼洼地之中，溶洞、天坑、巖溶漏斗和落水洞就是這個洼地的主要構成部分。可能很少有人知道，這個洼地下方正是地下暗河的核心地段，一直被地質學家視為研究熔巖漏斗和暗河的絕佳之地。

簡單點說，中國天眼的選址并不是有山、或者山高就行，這個大窩凼洼地天生就具有良好的排水行，當地具備特殊的喀斯特地質條件，暴雨時雨水會直接滲透到地下流入地下河，而不會像你想象的那樣在地表積聚后損壞中國天眼。而且，研究人員在選則修建地的時候還考慮了無線電干擾，而大窩凼同時具備了不受天氣影響和周圍不存在無線電的優(yōu)勢。

第二，索網結構！

雖然，當我們遠看中國天眼的時候，它的確就像是一口內面平整的大口鍋子，但是，中國天眼在技術上采取的時索網結構，這也是當時修建時遭遇的最大的技術難點之一。中國天眼的直徑有500米，但全部是采取的間斷設計和網格劃分，這個工程涉及到了2225個下拉索河主索節(jié)點，以及6670根主索，僅僅是這些索網的重量就超過了1300噸。

簡單點說，當暴雨傾盆而下的時候，中國天眼這口大鍋并不是密不透風，反而會呈現出“竹籃打水一場空”的感覺。因為，其實中國天眼布滿了小孔，甚至是小窟窿，如果打個比方，它看上去就像是一個篩子一般，如果你往篩子里倒水自然積聚不起來，中國天眼的結構設計也是同樣的道理，這口大鍋根本聚不起來水，更別說淹沒。

第三：特有排水系統(tǒng)！

試想一想，一個耗資數億，歷時長達二十多年的國家工程，怎么可能沒有對極端天氣做出設想？實際上，在確定中國天眼的修建地質是，研究人員不僅對當地的地形和水文等進行了仔細勘察，同時還設計了專門的排水通道。

盡管洼地本身并不容易積水，但設計者為了保證大暴雨時排水不受到影響，于是修建了專門的排水系統(tǒng)。而這個排水系統(tǒng)最重要的一個組成部分就是一條長達一千多米的隧道，排水隧洞有了，底部排水溝、道路邊溝、環(huán)向水溝、徑向水溝和消能池都有了，這樣的設計結構自然也不可能讓“中國天眼”因為暴雨而積水，哪怕是百年一遇的暴雨。

總而言之，我國斥巨資打造的中國天眼，并不會因為暴雨而被淹沒。并且，這個特殊的望遠鏡在搜索宇宙信號的時候，并不是用“眼睛”看，而是用“耳朵”聽，所以它的外觀造型就和傳統(tǒng)望遠鏡有很大不同。截至11月，已有240顆脈沖星被中國天眼發(fā)現，之后還將在搜尋外星人這個領域發(fā)揮重大作用，讓我們拭目以待吧！

在貴州省黔南平塘縣大窩凼洼地，有一個呈“凹”字形仰望天際的“大鍋”，它叫“中國天眼”，是首席科學家南仁東擔任總工程師建成的，從預研到建成一共花了22年的時間，這是南先生用他半輩子的心血為國家的發(fā)展做出的貢獻，他是我們心中名副其實的“天眼之父”。

“天眼”的直徑有500米，是目前世界上最大最靈敏的單口徑射電望遠鏡，能夠收到一千多光年外的電磁信號，甚至有可能收到外星生命的信號。這樣精密的工程，足足領先了其他發(fā)達國家20年。

由于“天眼”的形狀結構像一口大鍋，又地處在貴州南部這樣一個夏季多雨的山區(qū)當中，所以不少網友產生了疑問：當下起雨的時候“天眼”會不會變成一口“湯鍋”呢？如果大量積水會不會影響“天眼”的正常運作？網友們能想到的問題，工程師們當然也早就想到了！畢竟這項大工程是花了22年的時間才建成的，它方方面面可能遇到得到問題都要提前考慮、做準備。

其實，“天眼”有著一套完整的、發(fā)達的排水系統(tǒng)。首先，“天眼”是由四千余塊光滑的反射面板拼接而成的，每一個面板之間都有縫隙，面板上還設計了導水孔，這樣的話雨水就可以順著面板縫隙和導水孔自然而然的流出外面，不會積在“天眼”里面。其次，這與它所在的地理位置有著很大的關系，當初選擇“天眼”的建造位置就選了13年，最終確定了貴州。為什么會選在貴州呢？大家都知道，貴州是中國典型的喀斯特地貌，而這種地貌能為“天眼”創(chuàng)造一個天然的排水系統(tǒng)，下雨時雨水會順著喀斯特巖石流入地下溶洞，所以不會對“天眼”造成威脅。為什么“天眼”會領先其他發(fā)達國家20年？我想不僅僅是因為它具有強大的望遠功能，還因為它具有這樣精密的排水系統(tǒng)吧！