開放運行300天，「中國天眼」加速度

2020-11-06 今日科學

本報記者 丁佳

11月5日和10月29日，兩篇基於500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的快速射電暴方面的研究成果在《自然》雜誌發表，讓「中國天眼」再次成為射電天文學界的焦點。

這兩篇重要的論文，無疑也讓中國射電天文人的信心更加堅定。用中國科學院院士、FAST科學委員會主任武向平的話說，有了「中國天眼」這臺「大國利器」之後，中國射電天文的國際地位正在迅速上升。

總工程師的新夢想

FAST從預研到完成花費了26年的時間，近百名科研工作者前赴後繼投入到這個項目中。FAST於2016年落成，它的反射面相當於30個足球場，是世界最靈敏的射電望遠鏡，大大拓展了人類在射電波段的視野，也使中國射電天文學家終於有機會走到科學探索的最前沿。

FAST的全新設計理念開創了建造巨型望遠鏡的新模式，多年來，工程團隊開展了一系列的技術攻關，克服了力學、測量、控制、材料、大尺度結構等領域諸多技術難題，實現了多項自主創新，終於使得望遠鏡於2020年1月11日通過國家驗收，所有技術指標均達到設計要求。

這讓中科院國家天文臺研究員、FAST總工程師姜鵬頗感欣慰：「我們通過20多年的努力，把一個天馬行空的設想變成了國之重器。但我們現在又有了一個新的夢想，那就是進一步提高望遠鏡性能，建立公開共享的機制，源源不斷地產生科學成果，這才是我們為望遠鏡付出的終極目標。」

今年2月，FAST團隊克服疫情影響，正式啟動科學委員會遴選出的五個優先和重大項目，近百名科學家開始使用並處理FAST的科學數據；4月，時間分配委員會開始向國內天文界徵集自由申請項目，目前已經接到170餘份申請，外部用戶的比例高達95.7%。

「科研人員對FAST觀測時間的競爭相當激烈。」中國科學院院士、中科院國家天文臺臺長常進介紹，目前望遠鏡收到的申請共約5500個小時，但實際獲得批准的僅有1500個機時，也就是只有不到30%的申請時間能得到支持。

新物理的核心

用戶擠破頭的情況很大程度上反映了FAST的科學潛力。FAST的靈敏度是全球第二大單口徑射電望遠鏡的2.5倍以上，超強靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望實現納赫茲的引力波探測。同時，它還有能力將我國深空探測及通訊能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰略需求。

最近令天文學家百思不得其解的毫秒射電爆發就是一個典型的例子。在廣袤的宇宙中，經常有一股射電暴襲來，但僅僅閃現幾個毫秒。究竟是什麼發出了這些射電暴？它們到底包含了什麼信息？一系列的謎團讓毫秒射電爆發迅速成為天文學界的前沿問題。

「幾個毫秒就沒了的東西非常難抓，因此這個問題幾乎是天文學中最難的問題之一。」中科院國家天文臺首席研究員韓金林說，「實際上，關於這個問題的理論模型數量比實際觀測的快速射電暴數目還要多。」

此前，這些理論研究主要劃分成兩大「門派」，一個「門派」認為這樣的毫秒射電爆發是宇宙災變事件造成的爆發，而另一派則認為它是粒子在強磁場中穿行產生的。

「FAST的觀測結果直接終結了兩大門派的『理論爭鋒』，通過對11次射電爆發的高靈敏度偏振信號解析，我國科研人員用直接的觀測結果否定了宇宙災變的理論。」韓金林說。

憑藉著一系列的「實錘」，FAST一舉將我國相關科研團隊送上了宇宙毫秒射電爆發新物理的核心地位。

中國的「黃金」十年

在開放運行的300天裡，「中國天眼」展現出的科學實力已經令人印象深刻。目前，FAST發現脈衝星數量超過240顆，基於FAST數據發表的論文達到40餘篇。

「1967年，人們發現了第一顆脈衝星；直到50年後，中國人才用自己的射電望遠鏡FAST發現了第一顆新脈衝星。」武向平說，「在很短時間內，FAST已經發現了240多顆脈衝星，我們期望在未來5年，這一數字能達到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆脈衝星。」

天文學是高度依賴觀測設備的一門學科，長期以來，由於沒有大射電望遠鏡，中國射電天文學家無法拿到一手資料，在射電天文研究領域難以進入國際先進行列。

但FAST的誕生改變了這一格局。武向平告訴《中國科學報》，現在在射電觀測設備和人才隊伍兩個方面，中國已經位居世界第一梯隊。

實際上，中國射電天文人的雄心和路徑都已十分清晰：用好FAST這口自己的「大鍋」，同時積極參與國際合作項目——平方公裡陣列望遠鏡（SKA）的數千個「小鍋」，躋身射電天文學研究的前沿。武向平透露，他們在考慮將FAST編入國際幹涉陣列望遠鏡的網絡VLBI中，而在FAST周圍再建幾口大「鍋」也不是不可能。

「明年，FAST還會對全世界開放。雖然這個望遠鏡是中國人掏錢建的，但我們應有大國的胸襟，為人類探索宇宙奧秘作出貢獻。」武向平相信，未來10年，中國將迎來射電天文發展的黃金時期。「我們要利用這個寶貴的窗口期，做出重大的科學發現，為人類探索和認識宇宙作出重大貢獻。」

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2839-y

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2827-2

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