科学家这样做 | “中国天眼”之父南仁东

1994年，南仁东敢为人先，率先提出在中国建设新一代射电“大望远镜”的设想。从1994年到2006年的十多年间，他从数百个窝凼中选出了适合建造FAST的台址。从2007年立项到2016年“大望远镜”落成启用，他跑遍了工程现场的每个角落，即使在2015年4月他被确诊为癌症，乃至在逝世前几个月，他还在参加工程例会……

▲南仁东（1945—2017）

他就是被尊称为“中国天眼”之父的中国科学院国家天文台研究员南仁东——500米口径球面射电望远镜（简称FAST）工程的发起者及奠基人。

如今，这座被称为“中国天眼”的世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜屹立在祖国大地上，而他却悄然离我们而去。2017年9月15日，南仁东的生命在欣慰与遗憾中戛然而止，时年72岁。

▲“中国天眼”——世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜

胸怀祖国、服务人民的爱国情怀

南仁东是FAST的最早提出者。1993年，在日本东京召开的国际无线电科学联盟大会上，科学家们提出，要在全球电波环境恶化到不可收拾之前，建造新一代射电“大望远镜”。以时任中国科学院北京天文台副台长的南仁东为首的中国天文学家提出了一个大胆的方案——在中国境内建造直径500米、世界最大的单口径射电望远镜，而当时中国最大的射电望远镜口径只有不到30米。

南仁东曾在日本国立天文台担任客座教授，享受世界级别的科研条件和薪水，可他说：“我得回国。”

1994年，当时年近50岁的南仁东开始主持国际大射电望远镜计划的中国部分的推进工作。他大胆提出，利用我国贵州省的喀斯特洼地作为望远镜台址，建设巨型球面望远镜作为国际一平方千米阵（SKA）的单元，并立即启动在贵州的选址工作。

▲2003年10月,南仁东教授与国际专家在平塘大窝凼洼地考察

经过多年的调研和论证，2007年7月，FAST作为“十一五”重大科学装置正式被国家批准立项。2008年，国家发改委批复了FAST的可行性研究报告。2009年，中科院和贵州省人民政府联合批复了FAST项目初步设计及概算。2011年，FAST开工令下达，在5年半的工程建设过程中，先后有150多家国内一流企业相继投入到FAST的建设中。

然而，工程的艰难程度远远超出想象：这么大的望远镜建设，关键技术无先例可循，关键材料急需攻关，现场施工环境非常复杂。

不仅如此，FAST的建设既是一个严密的科学工程，更是一个难度巨大的建设工程，工程涉及天文学、力学、机械工程、结构工程、电子学、测量与控制工程，甚至涉及岩土工程等各个领域，且工程从纸面设计到实际建造和运行，有着十万八千里的距离。南仁东通过自己的执着、坚持和勤奋，解决了许许多多具体的技术问题，将梦想中的空中楼阁变成了现实。

从选址到2016年FAST正式建成，用了整整22年时间。整整22年，支撑南仁东的是胸怀祖国、服务人民的爱国情怀，是他作为一名科学家的责任感和使命感。

敢为人先、坚毅执着的科学精神

作为FAST总工程师兼首席科学家，南仁东心中最大的梦想，就是把大窝凼变成一个现代机械美感与自然环境完美契合的工程奇迹，这是他心中最美丽的一道科学风景。

作为FAST的造梦者，南仁东用自己不变的激情，带领着一众科学家，共同走过了22年漫长而又坎坷的逐梦之旅。从北京到贵州，从科研工作者到普通工人、农民，无数人为此付出了时间和汗水。

▲南仁东在施工现场与工程技术人员讨论

这22年，8000多个殚精竭虑的日子，南仁东带领老中青三代科技工作者克服了不可想象的困难，实现了由跟踪模仿到集成创新的跨越。

FAST口径高达500米，其面积相当于30个足球场或8个鸟巢。南仁东的想法是，要找一个天然的洼地，不用动用太多土方，且必须是一个远离大城市、射电干扰小的地方。他把目标锁定在了贵州天然的喀斯特地形地区，提出了利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想。他选择的台址俗称“窝凼”——山洼被四面的山体环绕，正好挡住外面的电磁波。

十几年的台址勘察期间，南仁东身穿工服、头戴工帽，走遍了贵州数百个窝凼，工程最初阶段的艰难都无法用言语形容。2010年，FAST就经历了一场近乎灾难性的风险，即索网的疲劳问题。

▲南仁东在大窝凼施工现场

当时购买的十余根钢索结构进行疲劳实验，结果没有一例能满足FAST的使用要求。由此，南仁东便带领团队开始了一场艰苦卓绝的技术攻关。当时，台址开挖工程已经开始，设备基础工程迫在眉睫，可由于索网的疲劳问题，反射面的结构形式却迟迟定不下来。南仁东顶着巨大的压力，天天与技术人员沟通，想方设法在工艺、材料等方面寻找解决途径。

整个新钢索结构的研制工作接近两年，经历了近百次失败。几乎所有失败案例，南仁东都亲自过目，并与技术人员沟通改进措施。最后，科研团队终于研制出了满足FAST要求的钢索结构，解决了这一个对FAST最具颠覆性的技术风险。

台址勘察期间，为了更清晰地了解现场，掌握第一手资料，制订正确的危岩治理方案，当时已65岁的南仁东和年轻人一起，在没有路的大山里攀爬。在去陡峭的山顶时，大家劝他在山下等着，看完结果向他汇报，他却坚持：“我要和你们一起上去，看看实际的情况。”

南仁东在工作期间极为努力和细致。在审核危岩和崩塌体治理、支护方案时，不懂岩土工程的他，用了一个月的时间学习相关知识，对方案中的每一张图纸都仔细审核、反复计算，指出方案中的错误，提出了大量的宝贵意见。

“南老师20多年只做了这一件事。”南仁东的同事和学生们是这样评价他的，而最终建成的FAST，是世界最大单口径、最灵敏的500米口径球面射电望远镜，将为探索宇宙奥秘提供独特手段，为基础研究、战略高技术发展和国际科技合作提供世界领先的创新平台。

有人曾这样评价南仁东的伟大成就：“22年时间里，他从壮年走到暮年，把一个朴素的想法变成了国之重器，成就了中国在世界上独一无二的项目。缅怀南老，致敬科学精神！”

淡泊名利、忘我奉献的高尚情操

有人说，FAST成就了南仁东。但实际上，早在FAST之前，南仁东就已经是著名的天文学家了。

南仁东1945年出生在辽源市龙山区。1963年，他以高考平均98.6分（百分制）的优异成绩成为“吉林省理科状元”，并考入清华大学无线电系。

▲高中时期的南仁东

▲南仁东（左起第二）与高中同学合影

1978年，他来到北京天文台读天体物理的研究生，随后出访荷兰。1984年，南仁东使用国际甚长基线网对活动星系核进行系统观测研究。在这一领域的早期发展阶段，主持完成欧洲及全球网十余次观测，首次在国际上应用VLBI“快照”模式，取得丰富的天体物理成果。南仁东完成的VLBI混合成图达到当时国际最高动态范围水平，使20世纪80年代在国内进行VLBI数据分析成为可能。

20世纪90年代，南仁东到日本担任客座教授，帮助日本空间甚长基线干涉天文台项目解决卫星—地面VLBI的成图难题。因为多年的突出研究成果，以及在甚长基线干涉VLBI领域的工作成就，南仁东得到了国际同行的赞誉和认可，并于2006年被国际天文学联合会射电天文分部选为主席。

从FAST项目开始至建成，南仁东一直任首席科学家，通过国内外同行间的合作，与时俱进地提出并完善科学目标。他主持编写了FAST立项建议书，确定了中性氢、脉冲星、分子谱线、VLBI和地外智慧文明搜寻等5大科学内容。FAST具有高灵敏度和大天区覆盖，有利于发现更多罕见品种的脉冲星，其中中性氢与脉冲星巡视被国际天文界评审为FAST两个最高优先级科学目标。

2012年，FAST973项目正式启动，作为资深咨询专家，南仁东指导了FAST973项目“射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究”的立项及组织实施，确立了FAST实现世界首个漂移扫描多科学目标同时巡天的原创科学策略，提出了调试阶段全波段监测蟹状星云脉冲星的优先观测计划，建议将单波束和多波束接收机用于望远镜调整期及早期试观测（前者已投入试观测）。

在长达14年的预研究和建设过程中，南仁东主持FAST科学目标建设，指导各项关键技术的研究及模型试验，实现了三项自主创新：利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址，洼坑内铺设数千块单元组成500米口径球冠状主动反射面，采用轻型索拖动机构和并联机器人实现望远镜接收机的高精度定位；突破了一系列技术难题：发明了500MPa耐疲劳拉索，突破了高效握拔力锚固技术、大跨度索网安装和精度控制等难题，提出通过“水环”和运动配重扩大焦舱的运动空间同时增加系统阻尼的设计。

多年来，FAST的创新技术得到了各方认可，获得了各种奖励，如创新的索网技术成果获2015年钢结构协会科学技术奖特等奖、2016年广西技术发明一等奖和2016年北京市科学技术奖一等奖。

南仁东的低调谦逊与淡泊名利几乎是人尽皆知。他的个人的荣誉几乎屈指可数，仅在他生命的最后几年获得了一些荣誉。2017年1月，南仁东获“CCTV2016年度科技创新人物”和“2016中国科学年度新闻人物”荣誉称号，2017年5月获得“2017年全国创新争先奖章”，这些已经是他能“拿得出手”的个人荣誉了。

精益求精、真诚质朴的人格魅力

南仁东一生经历坎坷，清华大学毕业时，不得不下乡接受再教育。在无线电厂时，他制作过收音机、电视机，还曾在工厂里做过工匠。但正是这些坎坷的人生经历，进一步丰富了他的知识积累、人生阅历及工艺技术储备。时代造就了南仁东精益求精和真诚质朴的品格，而这样的品格也成就了日后的“中国天眼”。

南仁东对工程的设计有着精益求精的追求。2014年底，索驱动系统成功穿上了第一根索，但索上悬挂的窗帘机构的重量与之前的设计相比存在着一定的超重现象，会对馈源舱位置和姿态的控制精度有一定的影响。由于窗帘机构常年在高空中运行，上下高差达270米，可靠性非常差。南仁东强烈要求暂停安装，对窗帘机构的结构进一步优化，降低窗帘机构的重量，提高馈源舱位姿的控制精度。大年初六，春节假期未完，他就组织双方技术人员一起，一干就是三天，最终消除了所有的隐患。

▲南仁东在办公室内（2009年5月拍摄）

▲2014年7月，南仁东在FAST临时办公、住宿用房前留影

南仁东的真诚质朴更是远近闻名。工程建设之初，由于经费紧缺，南仁东只能花上50个小时坐火车来往于北京和贵州之间。为了在贵州选到最佳的台址，南仁东在1994年到2006年间，走遍了数百个窝凼。当时，周边县里的人几乎都认识南仁东。

同事对南仁东的评价是：“有时候脾气不算好，却不专横，重要的技术决策都愿意听下面技术人员的意见。”南仁东特别容易发现基层工作人员的技术闪光点，也鼓励大家发挥发散性思维。“FAST这样的工程，需要这样的智慧，”他常说。

对于现场工人，南仁东有着天生的“偏爱”，这能让他回忆起下乡时的伙伴。有一次，他给来自云南的布朗族工人每人买了一身运动服，还常带些西瓜之类的东西到现场给这些工人。每次晚饭后，他都会到工人的工棚坐坐。让人很惊奇的是，南仁东的记忆力极好，几乎能记住每个工人的名字、工种、收入情况，还会知道一些他们家里的琐事。

当第一次去大窝凼，爬到垭口的时候，南仁东遇到了放学的孩子们。他们单薄的衣衫、可爱的笑容，触动了南仁东的心。回到北京后，南仁东就给县上干部张智勇寄来一封信，里面装着500元，嘱咐他将钱资助给卡罗小学最贫困的孩子。南仁东连着寄了四五年，资助了七八个学生。

南仁东看到了当地人生活的艰苦，了解当地孩子上学的不易，于是他出资捐助十余位孩子上学。在南仁东生前，甚至他去世后，仍有受资助的学生给他写信对他表示感谢。

在贵州工程最紧张的时候，南仁东还抽出时间为高校义务做科普讲座。就是这样一位性格质朴的老人，同事们视他为朋友，学生们视他为偶像。

20多年在贵州建设FAST的历程，让南仁东把贵州当成了自己的第二故乡，这里有他的梦，有20多年为之奋斗的情。令他倍感欣慰的是，2016年9月25日，“中国天眼”终于在贵州落成，成了举世瞩目的工程奇迹。

虽然南仁东没能亲眼看到FAST产出重大创新成果，没能等到他应得的荣誉、奖励，但他毕生的事业已经成功！

东瀛归来只为窝凼追星，
仁者逸去不求人间红尘，南风永存！

这首藏头诗是南仁东此生最好的写照。

中科院原基础科学局局长李定曾在南仁东逝世后写道：

南征北战，慎思且笃行，一纪寻觅，仁者无敌，大窝凼聚焦世界；
东奔西走，谋定而后动，毕生追求，苍天有眼，中神通遥望星空。

这是一阕饱含深情的悼念词，用极其洗练的词语概括了南仁东先生为FAST建设呕心沥血的奉献，以及南仁东先生的爱国情怀。

斯人已逝，生者当如斯。我们当学习南仁东的创新精神、对科学技术的执着和坚守精神，以及他严于律己的高尚品格。我们还要学习他勤勉尽职、严谨的工作作风，继续他的梦想，早日让FAST这一科学利器取得突破性成果，以慰藉南仁东先生的在天之灵。

（作者：中国科学院国家天文台）

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文章节选自《科学 教师教学用书 （六年级上册）》一书，教育科学出版社出版。