动静深度丨“中国天眼”8周年：探索宇宙的璀璨明珠

2024-09-27 12:21世界奇闻

500 米口径球面射电望远镜——中国天眼（FAST），是目前全球最大且最灵敏的射电望远镜，在贵州省平塘县的崇山峻岭间，它如同一只巨大的眼睛，仰望苍穹，将人类“视界”延伸到百亿光年之外。自 2016 年 9 月 25 日落成启用以来，取得了举世瞩目的成绩，运行效率和质量不断提高，年观测时长超过5300小时，为人类探索宇宙奥秘作出了卓越贡献。

科学成果

2024年4月17日，“中国天眼”发现的新脉冲星数量突破900颗，其中包括120余颗双星脉冲星、170余颗毫秒脉冲星、80颗暗弱的偶发脉冲星。

但不少人问，这有什么用？

这些脉冲星的发现，不仅极大地拓展了人类对脉冲星辐射强度的观测范围，也为研究宇宙的演化、引力波探测等提供了重要的观测数据。毫秒脉冲星的周期极其稳定，可以和地球上最好的原子钟媲美，未来有望在时间标准制定、导航等领域发挥重要作用。

国家天文台银道面脉冲星巡天项目负责人韩金林说，因为每一颗脉冲星都有其特殊脉冲及稳定的转动频率，它们相当于宇宙中具有特定信号标记的“灯塔”，可以帮助构建人类星际旅行的“宇宙坐标系”。

如果人类在未来能够实现“星际穿越”，这些脉冲星可以为人类在浩瀚的宇宙中旅行提供“导航”。韩金林说：“我们精确测量出脉冲星在宇宙空间中的坐标，在旅途中时刻监测多个脉冲星信号的相位及对应的位置关系，人类在星际旅行就不会走丢了。”

快速射电暴是天文学的最新热点之一，“中国天眼”在这一领域也取得了重大突破。它获得了迄今为止最大的快速射电暴爆发事件的样本，充分解释了快速射电暴爆发率的完整能谱及其双峰结构，成为该领域研究的里程碑。“中国天眼”与中国“慧眼”卫星在太空搜寻快速射电暴，在研究方式上巧妙形成互补，为进一步揭开快速射电暴的神秘面纱提供了有力的支持。

在中性氢观测方面，“中国天眼”的成果同样令人瞩目。科研团队采用原创的中性氢窄线自吸收方法，首次获得了原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。这一发现证实了星际介质从冷中性气体到原恒星核具有连贯性的磁场结构，为解决恒星形成原理的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。

国际合作

自 2021 年 3 月 31 日零时起，“中国天眼”正式对全球开放，面向全世界天文学家征集观测申请，目前已有 15个国家递交了观测申请，各国科学家利用“中国天眼”的强大观测能力，共同开展了一系列的科学研究。

开放“中国天眼”，共享知识和资源，促进全球科技进步，加深各国之间的科技合作和理解，从而共同面对未来人类面临的挑战和机遇。在这一点上，“中国天眼”不仅是一个科研工具，更是一种国际合作与交流的桥梁，标志着中国在全球科研舞台上的责任和承诺。

麦克卢尔-格里菲思是澳大利亚国立大学天文学与天体物理研究学院教授，她曾两次参观“中国天眼”，听取了中国科学院国家天文台科学家的介绍并探讨了可合作的科学项目，她对“中国天眼”印象深刻。她说，“中国天眼”向世界全面开放能加强来自不同国家科学家之间的合作，有益于国际研究与合作，特别对年轻科学家而言，是非常好的交流机会，有助于建立合作关系、扩展研究领域。

麦克卢尔-格里菲思主要研究银河系和附近星系的演化。2004年，她在银河系发现了一条新旋臂，随后在2006年和2015年两次获得澳大利亚国家级科学奖项。

国内外科学家在FAST使用及观测的科研是一个相互学习的过程。在FAST的调试阶段，中国的科研团队就已同国外科学家有很多接触，一些著名的研究员也是从国外引进以开展技术交流合作。

在中外天文学家合作下，利用“中国天眼”的最新超深场巡天数据成功捕捉到了距离我们大约 50 亿光年的中性氢星系样本，其中一个星系更是拥有已知的最大的中性氢质量。这为我们揭示了早期宇宙星系的演变和气体循环的重要线索，刷新了人类对宇宙的认知极限。

再升级

9月25日，在世界最大单口径球面射电望远镜FAST建成8周年之际，中国天眼FAST核心阵试验样机建设正式启动，首台40米口径射电望远镜（核心阵试验样机）进行吊装，有望进一步大幅提高FAST望远镜的天文观测能力。

“中国天眼”总工程师姜鹏介绍，相对于500米口径球面射电望远镜而言，40米口径的射电望远镜建设本身难度并不大，但是要和大口径的FAST达到组网观测的效果，却面临两项关键技术难题。一是高性能的常温接收机，这是团队以前从来没有的；二是综合孔径的数据处理技术，尤其是不同孔径望远镜配在一起的数据处理技术，在国内目前来讲也没有特别成熟的经验，都需要技术突破。

这次“中国天眼”的再升级，得益于多年来奠定的坚实基础。“中国天眼”的建设和运行带动了我国相关技术领域的发展，培养了一批优秀的科技人才。

这次，科研团队提出了一种低成本、可快速实施的射电望远镜阵列方案，充分利用FAST周边5公里内的优良电磁环境优势，建设24台40米口径全可动射电望远镜与FAST组成综合孔径阵，即FAST核心阵。

中国科学院国家天文台研究员、FAST运行和发展中心首席科学家朱炜玮介绍，相较于在运行的百米口径射电望远镜，FAST的灵敏度要高一个数量级，但是其分辨率与国际一流的阵列望远镜相比却要低很多。分辨能力和口径的大小有关，在FAST周围加一些辅助的望远镜，相当于把它变成了一个口径很大的望远镜，只是这个口径很大的望远镜里面只有一些很小的地方是真的有镜子的，那么它可以有很好的分辨能力，就使得本来已经很灵敏的望远镜，突然就有了一个能够分辨空间的成像能力，这是一个能力上的提高。

除了天体物理学研究，FAST核心阵还可以在近地天体预警、深空卫星通讯等深空探测领域发挥作用，为我国空天领域起到重要的战略支撑作用。

部分素材综合自网络

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