看見宇宙邊緣:「中國天眼」讓全球科學家大開眼界

2021-01-09 澎湃新聞

中國日前宣布，「中國天眼」FAST從2021年起向全世界科學家開放。

FAST，全稱500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope），被譽為「中國天眼」，由我國天文學家南仁東於1994年提出構想，自2011年開始建設，於2016年9月25日落成啟用。

中國天眼是由中國科學院國家天文臺主導建設，具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

截至2019年8月28日，500米口徑球面射電望遠鏡已發現132顆優質的脈衝星候選體，其中有93顆已被確認為新發現的脈衝星。2020年1月11日，500米口徑球面射電望遠鏡通過國家驗收，投入正式運行。

2021年，FAST將接受希望使用該儀器進行研究的外國科學家的申請。FAST總工藝師、運營和發展中心主任王啟明近期在接待海外媒體參觀訪問時表示：「FAST科學委員會將讓FAST對國際社會越來越開放。」

造價11億元人民幣的FAST直徑500米的巨型望遠鏡接收盤球面能夠覆蓋30個足球場，不僅比坍塌的阿雷西博望遠鏡大，而且靈敏度也高出三倍。FAST於2020年1月開始全面運行，主要工作是捕獲天體尤其是脈衝星發出的無線電信號。

FAST周圍方圓5公裡範圍內還設有「無線電靜默區域」，該區域禁止使用手機和計算機。王啟明表示：「我們從阿雷西博望遠鏡的結構中汲取了很多靈感，並逐漸對其進行改進，來建造FAST望遠鏡。」

德國馬克斯·普朗克射電天文學研究所的天文學家蘿拉·斯皮特勒（LauraSpitler）表示，FAST望遠鏡擁有「令人印象深刻的靈敏度」，將有助於詳細跟蹤宇宙波信號的來源。

「能夠使用望遠鏡讓我感到非常興奮。」美國西維吉尼亞大學射電天文學家莫拉·麥克勞克林（MauraMcLaughlin）表示。她說希望用FAST研究脈衝星，包括在銀河系外的星系中搜尋脈衝星，「這些脈衝星太微弱，很難用現在的望遠鏡看到」。

麥克勞克林還表示，FAST將促進國際合作的努力，從而發現時空漣漪將如何席捲整個銀河系。國際脈衝星計時陣列（IPTA）正在使用世界各地的射電望遠鏡監視脈衝星的常規發射，尋找會揭示這些低頻引力波通過的畸變。

「到2030年代，FAST應該已經進行了足夠的靈敏度測量，以研究此類波的各個來源，例如超大質量黑洞的碰撞。」她說，「這就是FAST真正發揮作用的地方。」

靈敏度和解析度「強者」

「中國天眼」開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式，突破了傳統望遠鏡的工程極限，採用全新設計方案、口徑更大，比國外同類望遠鏡的調試期更短，遠超國際慣例和同行預期。

靈敏度和解析度是射電望遠鏡的兩大核心指標。由於星體距離地球十分遙遠，信號到達地球時能量微弱，靈敏度是科學家發現暗弱天體的能力，而要想進一步看清遙遠天體的真實面貌，就要依靠解析度。

藉助「中國天眼」超高的靈敏度，國家天文臺已經將脈衝星的計時精度提升至世界原有水平的50倍左右，這將有可能使人類首次具備極低頻的納赫茲引力波的探測能力。

FAST也是中國近年來深空探索最受全球矚目的大科學裝置。1993年諾貝爾物理學獎獲得者約瑟夫·泰勒（JosephTaylor）教授曾在一次上海訪問中對記者表示：「中國在天文觀測大裝置的建設方面成就非常大，『中國天眼』的建成只花了5年時間，期待它給我們帶來更多驚喜。」

約瑟夫·泰勒曾在2016年FAST正式完工時親臨現場參觀。他用「震撼」來形容這一世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。藉助這隻巨大的「天眼」，科研人員可以窺探星際之間互動的信息，觀測暗物質，測定黑洞質量，甚至搜尋可能存在的星外文明。

「中國天眼」奠基人、已故FAST工程首席科學家南仁東在評價FAST的時候曾表示，FAST適合前沿性和探索性的小型研究，比如對脈衝星的研究。「一塊方糖大小的脈衝星的重量就可以達到幾十億噸。」南仁東曾在接受採訪時說道。

FAST一問世便捷報頻傳。從2017年10月首次發現2顆脈衝星以來，到2020年1月，已經發現102顆脈衝星，兩年的「調試階段」中發現脈衝星的數量，超過同期歐美多個脈衝星搜索團隊發現數量的總和。

泰勒對「中國天眼」調試階段就發現了100顆脈衝星和多起磁暴現象表示驚嘆。他對記者表示：「為了能夠獲得最大程度的數據，我們要珍惜射電望遠鏡的工作時間，希望相關購買數據的機構能夠儘可能地下載所購買的數據，將原始數據進行本地存儲，從而提升射電望遠鏡的效率。」

望向更深的宇宙

除了研究脈衝星，FAST未來還可以研究中性氫（與「宇宙大爆炸」有關）、黑洞吞噬小天體、星體演化和搜尋地外文明等。FAST收集的數據將有助於更好地幫助全球科學家了解宇宙的起源，尋找外星生命。

針對「中國天眼」未來應用的探索，泰勒表示：「很多人都想探測暗物質和暗能量，用射電望遠鏡的方式來進行探索，對我們可能格外重要。」

因發現引力波而獲得2017年諾貝爾物理學獎的巴裡·巴裡什（BarryBarish）教授對記者表示，目前全球有三個非常不同的項目在觀測著宇宙深空。第一個項目就是「中國天眼」項目；第二個項目是加拿大氫強度測繪實驗（CHIME）射電望遠鏡，它由四個100米長的半圓柱形接收器組成，每天都會掃描整個北半球上空，2019年1月，該天文望遠鏡偵測到來自外太空的電波；第三個項目是平方公裡陣列射電望遠鏡項目（SKA），這是一個多國共同開展的大型科學項目，也被稱作「世界巨眼」。這是一個完全數位化的射電望遠鏡陣列，一期項目建設的投入就達到20億美元。SKA項目計劃2021年開建。

根據國家天文臺消息，自2020年1月驗收以來，「中國天眼」（FAST）設施運行穩定可靠，取得一系列重大科學成果，發現脈衝星數量超過240顆，基於「中國天眼」數據發表的高水平論文達到40餘篇。藉助「中國天眼」，我國科研團隊迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。

澳大利亞塔斯馬尼亞大學物理學教授約翰·迪基（JohnDickey）表示：「中國無疑是一個全球科學研究中心，中國的研究成果令人印象深刻，與北美或西歐處於同一水平。與世界上任何先進國家相比，中國的科研人員都是領先的和有創造力的。」

來自美國亞利桑那州立大學的中國科學政策專家丹尼斯·西蒙（DenisSimon）表示：「中國科學創新的進步一直很快，知識的自由獲取賦予了科學和工程界探索新想法的可能性，並激勵科研人員在研究環境中承擔更大的風險。曾經盛行的規避風險的文化已被一種更具企業家精神的文化所取代。」

內容來源：第一財經

原標題：《看見宇宙邊緣：「中國天眼」讓全球科學家大開眼界》

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