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(yuǎn)鏡（英文簡稱FAST），是世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(xiàn)。
中國天眼的建設(shè)耗資耗時，自1994年由我國天文學(xué)家南仁東提出設(shè)想以來，經(jīng)歷了22年風(fēng)雨才建成，共耗資近6.67億元人民幣，建設(shè)面積28000平方米，直到2020年1月份才通過國家驗(yàn)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(yuǎn)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(jié)構(gòu)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?yàn)橹袊煅凼乔蛐蔚�，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(jīng)過相關(guān)團(tuán)隊(duì)考察，大窩凼地形主要為喀斯特地形，以可溶性巖石為主，經(jīng)過長期的雨水或地下水沖刷，早已經(jīng)形成了大量地下河以及溶洞，所以根本不用擔(dān)心中國天眼被雨水淹沒，甚至形成堰塞湖。這種地形的缺點(diǎn)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?yàn)槠渥畹忘c(diǎn)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(shí)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(jīng)過專門設(shè)計的，有排水的作用，其他作用是減輕重量，透光，通風(fēng)。
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(diào)到?jīng)]有信號的頻道，屏幕上就會出現(xiàn)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(zhì)量也更好，射電望遠(yuǎn)鏡與此類似。自1931年美國天文學(xué)家在自家后院搭起第一架9.5米的射電望遠(yuǎn)鏡算起，全世界所有的射電望遠(yuǎn)鏡所采集的能量，連一張紙都翻不動。中國天眼面積相當(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，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(shí)處于基態(tài)的中性氫會有一定幾率產(chǎn)生自發(fā)躍遷現(xiàn)象，此時會散發(fā)能量被我們捕捉到。
因?yàn)闅湓咏Y(jié)構(gòu)簡單，只有一個質(zhì)子和一個電子，宇宙形成之初質(zhì)子電子相互結(jié)合，因此產(chǎn)生了大量的氫原子，氫原子也是宇宙中最豐富的物質(zhì)。通過探索中性氫的分布，我們可以摸清宇宙的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。
中性氫能看到普通光學(xué)望遠(yuǎn)鏡難以看到的部分
脈沖星的產(chǎn)生是因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的中子星從磁極不斷放射出高能輻射，類似燈塔一樣，每轉(zhuǎn)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(yīng)用。
對多個脈沖星進(jìn)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(zhǔn)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?yàn)槟鼙徊粩嘤^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(dǎo)航系統(tǒng)，因?yàn)槿祟愇磥順O大可能會向外太空發(fā)展。
美國"天眼"的現(xiàn)狀怎樣了？
在中國天眼建成之前，美國的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是全世界最大的單孔徑射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡也在溶洞地形的一處凹坑內(nèi)修建，那么它的現(xiàn)狀如何？
因?yàn)樵?017年遭受颶風(fēng)"瑪麗亞"破壞，而且在2019至2020年間又被地震影響，最終望遠(yuǎn)鏡的"大鍋"完全損壞，而且早在2006年，美國國家科學(xué)基金（NSF）就不資助了，于是阿雷西博望遠(yuǎn)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(nèi)會保持世界一流水平。
中國天眼遇上大暴雨會不會被裝滿？它是怎么排水的？
其實(shí)，最早在1994年的時候，我國天文學(xué)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(fèi)了22年時間，雖然它在2016年的時候就開始進(jìn)入了調(diào)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(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST）才正式通過國家驗(yàn)收投入到正式運(yùn)營中。
中國天眼看上去很大，因?yàn)檫@個球面射電望遠(yuǎn)鏡足足有500米寬，被譽(yù)為全世界最大的球面射電望遠(yuǎn)鏡。如果看到這個望遠(yuǎn)鏡的人應(yīng)該都知道，它與我們想象中的望遠(yuǎn)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(diǎn)：
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(shí)，在修建“中國天眼”之前有12戶人家住在這里，在當(dāng)?shù)厣盍撕脦资甑睦先嗽硎咀约涸趺匆矝]想到這里會建造一個如此了不起的望遠(yuǎn)鏡。
這個“巨無霸”一般的射電望遠(yuǎn)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(gòu)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(zhì)學(xué)家視為研究熔巖漏斗和暗河的絕佳之地。
簡單點(diǎn)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(dāng)?shù)鼐邆涮厥獾目λ固氐刭|(zhì)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(wǎng)結(jié)構(gòu)！
雖然，當(dāng)我們遠(yuǎn)看中國天眼的時候，它的確就像是一口內(nèi)面平整的大口鍋?zhàn)�，但是，中國天眼在技術(shù)上采取的時索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這也是當(dāng)時修建時遭遇的最大的技術(shù)難點(diǎn)之一。中國天眼的直徑有500米，但全部是采取的間斷設(shè)計和網(wǎng)格劃分，這個工程涉及到了2225個下拉索河主索節(jié)點(diǎn)，以及6670根主索，僅僅是這些索網(wǎng)的重量就超過了1300噸。
簡單點(diǎn)說，當(dāng)暴雨傾盆而下的時候，中國天眼這口大鍋并不是密不透風(fēng)，反而會呈現(xiàn)出“竹籃打水一場空”的感覺。因?yàn)�，其�?shí)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)億，歷時長達(dá)二十多年的國家工程，怎么可能沒有對極端天氣做出設(shè)想？實(shí)際上，在確定中國天眼的修建地質(zhì)是，研究人員不僅對當(dāng)?shù)氐牡匦魏退牡冗M(jìn)行了仔細(xì)勘察，同時還設(shè)計了專門的排水通道。
盡管洼地本身并不容易積水，但設(shè)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(dá)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(shè)計結(jié)構(gòu)自然也不可能讓“中國天眼”因?yàn)楸┯甓e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?yàn)楸┯甓谎蜎]。并且，這個特殊的望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(xiàn)，之后還將在搜尋外星人這個領(lǐng)域發(fā)揮重大作用，讓我們拭目以待吧！
中國天眼無法排水？怎么可能！看看這口“大鍋”的排水系統(tǒng)多發(fā)達(dá)
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(xué)家南仁東擔(dān)任總工程師建成的，從預(yù)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(xiàn)，他是我們心中名副其實(shí)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(yuǎn)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(lǐng)先了其他發(fā)達(dá)國家20年。
由于“天眼”的形狀結(jié)構(gòu)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(dāng)中，所以不少網(wǎng)友產(chǎn)生了疑問：當(dāng)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(yùn)作？網(wǎng)友們能想到的問題，工程師們當(dāng)然也早就想到了！畢竟這項(xiàng)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(zhǔn)備。
其實(shí)，“天眼”有著一套完整的、發(fā)達(dá)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(shè)計了導(dǎo)水孔，這樣的話雨水就可以順著面板縫隙和導(dǎo)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(guān)系，當(dāng)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(lǐng)先其他發(fā)達(dá)國家20年？我想不僅僅是因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的望遠(yuǎn)功能，還因?yàn)樗哂羞@樣精密的排水系統(tǒng)吧！
