中国天眼，FAST！

作者：靳文轩

【嵌牛导读】宇宙从哪里来，将要到哪里去？人类认识宇宙经历了复杂而崎岖的过程，直到上世纪中叶，“大爆炸宇宙论”才逐渐主宰大多数人的宇宙观。但要真正回溯原初宇宙，天文学还有众多谜团有待发现和解答。

【嵌牛鼻子】中国天眼、FAST、脉冲星，外星人、中性氢探测

【嵌牛提问】FAST是什么，有什么用，目前研究进展，今后20年内能取得什么成就，对外星人的探测是不是更近了一步？

【嵌牛正文】

10月，中国科学院国家天文台宣布，500米口径球面射电望远镜（FAST）经过一年紧张调试，已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行，并确认多颗新发现的脉冲星。

上世纪末，中国天文学家提出独立研制一台新型的喀斯特单元，即500米口径球面射电天文望远镜。这个中国人对回溯原初宇宙的响应，后来成了人们熟知的“中国天眼”。

一、天眼”发现脉冲星首获确认

9月10日，从澳大利亚帕克斯望远镜上传回令人振奋的消息，“天眼”于8月22日和8月25日在南天银道面扫描到的两颗脉冲星候选体得到确认，这是中国人利用自主研制的天文望远镜发现的第一批脉冲星。

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从预研究到建成，历时22年，中国科技工作者克服了关键技术无先例可循、关键材料急需攻关、核心技术遭遇封锁等困难，把一台设计和结构均无先例可循的可变反射面射电望远镜从图纸变为现实，在望远镜口径、灵敏度、分辨率、巡星速度等关键指标上全面超越国际先进水平。

“天眼”在设计之初并没有明确的科学目标，但当这台世界最大的单口径射电望远镜落成后，巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星、主导国际低频甚长基线干涉测量网、探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号都成为它擅长的领域。

2017年8月，“天眼”成功实现了指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行。

“天眼”工程副总工程师、中科院国家天文台射电天文研究部首席科学家李菂领衔的团队，在短短一个月内就通过漂移扫描发现了数十个优质脉冲星候选体，但仍处于调试期的“天眼”不具备认证脉冲星的资格，直至“天眼”发现的两颗脉冲星候选体在今年9月得到澳大利亚帕克斯望远镜的确认。

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二、天眼”可以“寻找外星人”？

看似调试期间的偶然发现，其实有着必然性。自2015年起，“天眼”团队就与贵州师范大学合作，联合搭建早期科学数据中心，开展在脉冲星观测领域很少被运用的漂移扫描，并研发了创新脉冲星搜索数据库。

澳大利亚科学及工业研究院帕克斯望远镜科学主管乔治·霍布斯说，已知的脉冲星约有一半是帕克斯望远镜发现的，但现在想利用帕克斯发现新脉冲星太难了。实际上，“天眼”发现的脉冲星候选体拿到其他射电望远镜上，有很大一部分是无法得到确认的，因为其他射电望远镜根本看不见。

脉冲星是宇宙中除了黑洞以外密度最高的天体，每个立方厘米的质量相当于地球上的一亿吨。脉冲星的磁场达到万亿高斯，比地球磁场高万亿倍。有的脉冲星每秒旋转能达到数千次，且发射极其稳定的脉冲，是宇宙中最精确的时钟。

脉冲星计时阵列观测引力波。（NASA）

因为脉冲星的这些特性，它被科学家们誉为理想的天体物理实验室，通过对其在地面实验室无法实现的超高密度、超高磁场等极端物理性质的研究，有望不断延伸人类的宏观和微观视野。

至今，人类发现了2700余颗脉冲星，它们都位于银河系内。但科学家们相信，受制于射电望远镜的灵敏度，这只是冰山一角。由于发现脉冲星越来越困难，脉冲星计时阵、脉冲星导航等相关应用研究也进入瓶颈期。

“天眼”的灵敏度是此前最强的美国阿雷西博望远镜的2倍。科学家们预计，它能使人类发现的脉冲星增加1至2倍。这意味着“天眼”可提供大量新的研究样本，并有望发现更多暗弱、新型的脉冲星，以及发现更多守时精准的毫秒脉冲星，对脉冲星计时阵探测引力波做出贡献。

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三、有望发现河外星系脉冲星

河外星系脉冲星是“天眼”有望取得突破的领域之一。目前，中国科学家已经开始扫描M31仙女星系。仙女星系距离地球254万光年，是距离银河系最近的大星系，在数十亿年后可能会与银河系相撞。

254万光年，比“天眼”已发现的脉冲星还要遥远上百倍。把望远镜瞄准这么遥远的距离是需要一点运气的，但这更体现了中国科学家在宇宙探索中敢为人先的勇气。一旦发现河外星系脉冲星，将大大推动星际间介质及暗物质晕结构的相关研究。

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“天眼”还被寄予希望发现脉冲星与黑洞组成的双星系统，以利用脉冲星研究黑洞周围的时空。此外，宇宙中最普遍的元素是氢，通过“天眼”观测宇宙中不同距离不同方向的中性氢1.4GHz谱线，能更好地解答“宇宙从哪里来，将要到哪里去”。

除了主要由恒星组成的星系，宇宙中还有很多气体星系是光学望远镜看不见的。“天眼”把人类的中性氢探测能力提高了10倍，有望发现更多气体星系，也有望发现新的星际分子。为此，中外科学家正联合研制一台迄今最先进的19波束馈源接收机，以拓展“天眼”的观测目标。

“天眼”未来将会很忙，因为国内外天文学乃至相关科学领军人才都会聚集到这里。在可以预期的10年到20年内，“天眼”不仅将保持世界一流望远镜的地位，也将成为人类天文发现的催化器和天文人才的集聚器。