“中国天眼”开眼看宇宙 探测范围可及百亿光年之外

1月11日，有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜通过国家验收正式开放运行，成为全球最大且最灵敏的射电望远镜，也意味着人类向宇宙未知地带探索的眼力更加深邃，眼界更加开阔。

深藏于贵州山区的“中国天眼”有30个足球场那么大，是中国近年来深空最受全球瞩目的大科学装置。1993年诺贝尔物理学奖获得者约瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）教授去年访问上海时曾对第一财经记者表示：“中国在天文观测大装置的建设方面成就非常大，‘中国天眼’的建成只花了5年时间，期待它给我们带来更多惊喜。”

从世界最大到世界最灵敏

从宇宙星辰，到基本粒子，人类的科学发现与技术创新越来越离不开强大的科研仪器，特别是大科学装置，与创新思维共同构成了现代科学技术突破的必要条件。

2016年，历时22年预研并建造的中国“天眼”500米口径球面射电望远镜正式完工，当时泰勒教授就亲临现场。他用“震撼”来形容这一世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助这只巨大的“天眼”，科研人员可以窥探星际之间互动的信息，观测暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。

从2017年10月首次发现2颗脉冲星，到今年1月11日召开的国家验收会上公布已发现102颗脉冲星，“中国天眼”两年多来发现的脉冲星超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。

国家天文台研究员、“中国天眼”总工程师姜鹏透露，“中国天眼”的灵敏度达到世界第二大射电望远镜的2.5倍以上，可有效探索的空间范围体积扩大4倍，使科学家有能力发现更多未知星体、未知宇宙现象和未知宇宙规律。

此次通过国家验收意味着“中国天眼”完成了工程师和科学家之间的交接棒，“火力全开”投入科学观测，接下来两三年内将有一系列重要科学产出，同时进一步稳定望远镜的性能。

灵敏度和分辨率是射电望远镜的两大核心指标。由于星体距离地球十分遥远，到达地球时能量微弱，灵敏度是科学家发现暗弱天体的能力，而要想进一步看清遥远天体的真实面貌，就要依靠分辨率。

姜鹏说，借助“中国天眼”超高的灵敏度，国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右，这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。

“‘中国天眼’开创了建造巨型射电望远镜的新模式，突破了传统望远镜的工程极限，采用全新设计方案、口径更大，比国外同类望远镜的调试期更短，远超国际惯例和同行预期。” 姜鹏表示。

美国国家科学院院士、伯克利大学射电实验室主任卡尔·海尔斯教授认为，“中国天眼”比美国阿雷西博望远镜更加灵敏，覆盖更大天区，且拥有19波束的接收机，在脉冲星搜寻、观测星际云等天文学领域拥有革命的机遇。

针对“中国天眼”早在2016年就已经落成启用了，为何历时三年多才验收？上海天文台台长沈志强对第一财经记者表示：“落成后要进行试观测调试，之后才能正式开放运行，三年时间已经算快的。”

从世界最大到世界最灵敏，这正是“中国天眼”调试三年来一刻不停调试和试观测的目标和成果。它的观测范围能企及河外星系甚至百亿光年之外的宇宙边缘。

重大突破 仪器先行

目前，“中国天眼”已成立科学委员会和时间分配委员会，将统筹望远镜运行相关战略规划、凝练科学方向、项目遴选、数据公开等工作，更好地发挥其科学效能，促进重大科学成果产出。将来围绕“中国天眼”建设的引力波探测研究、射电天文大数据等科技中心，还将发挥辐射、引领及推动作用，成为重要的人才培养基地。

重大突破，科研仪器先行。要证明前人的理论，后人的实验验证是关键，这就必须用到大科学装置。只有天天摸着望远镜做观测，才能发现前沿的问题，从观测角度做出更多原创的、世界领先的成果。“希望这个望远镜能够找到一些有意思的中子星。”德国马普所的中国博士后张渊皞对第一财经记者表示。

在国际上，发现引力波的Ligo装置也是大科学装置的一个成功典范。因发现引力波而获得2017年诺贝尔物理学奖的巴里-巴里什（Barry Barish）教授对第一财经记者表示：“如何能包容足够的好奇心、想象力和风险，鼓励以好奇心驱动的研究，比如暗物质、太空飞船这些高风险的项目值得思考。”

针对“中国天眼”射电望远镜未来应用的探索，泰勒教授表示：“很多人都想探测暗物质和暗能量，但是用射电望远镜的方式来进行探索，对我们可能格外重要。”

他同时称，现在全球由三个非常不同的项目在观测着宇宙深空。第一个项目就是中国的贵州天眼项目；第二个项目是加拿大氢元素密度图实验的CHIME望远镜，它由四个100米长的半圆柱形接收器组成，每天都会扫描整个北半球上空，2019年1月，该天文望远镜侦测到来自外太空的电波；第三个项目是平方公里阵列射电望远镜SKA项目，这是一个多国共同开展的大型科学项目，也被称作“世界巨眼”，这是一个完全数字化的射电望远镜这列，一期项目建设的投入就达到20亿美元。

泰勒对“中国天眼”调试阶段就发现了100个脉冲星和多起磁暴现象表示惊叹。他表示：“为了能够获得最大程度的数据，我们要珍惜射电望远镜的工作时间，希望相关购买数据的机构能够尽可能地下载所购买的数据，将原始数据进行本地存储，从而提升射电望远镜的效率。”