看见宇宙边缘：“中国天眼”让全球科学家大开眼界

这是一台射电望远镜的悲剧，却意外令全球科研人员收获惊喜。

去年11月，由于年久失修经费不足，美国国家科学基金会（NSF）宣布位于波多黎各的阿雷西博（Arecibo）望远镜退役。或许是巧合，已服役半个多世纪、曾为世界最大单碟射电望远镜的阿雷西博在数周后意外坍塌，彻底罢工了。

世界科研人员看向地外天体的眼睛“瞎”了，然而，中国正在向国际科学家开放世界上最大的射电望远镜“中国天眼”（FAST）。

在贵州平塘的大山深处，隐藏着现在世界上最大的射电望远镜——500米口径球面望远镜FAST，它正在取代美国阿雷西博天文台的地位，成为世界上唯一的同级别射电望远镜，即全球唯一的“天眼”。

FAST射电望远镜，将成为全球探索宇宙波的希望。

欧洲南方天文台（ESO）荣誉天文学家迪特里希·巴德（DietrichBaade）教授早在去年就关注了FAST向全球科研人员开放的消息。他对第一财经记者表示：“中国将接受外国研究人员的请求，这无疑对全球天文学领域的发展是一件好事。尤其是在阿雷西博望远镜退役后，FAST的意义就更为重大了。”

对国际社会越来越开放

在截至2016年的53年中，阿雷西博天文台一直是世界上最大的望远镜，直到FAST建造完成。去年早些时候发生两次电缆故障后，阿雷西博射电望远镜倒塌，重达900吨的接收平台直接坠落到望远镜的反射盘上，因无法修复而永久关闭了。

自2011年开始建设、2016年落成启用，历时三年多调试验收，FAST的观测范围已经能企及河外星系甚至百亿光年之外的宇宙边缘。

2021年，FAST将接受希望使用该仪器进行研究的外国科学家的申请。FAST总工艺师、运营和发展中心主任王启明近期在接待海外媒体参观访问时表示：“FAST科学委员会将让FAST对国际社会越来越开放。”

造价11亿元人民币的FAST直径500米的巨型望远镜接收盘球面能够覆盖30个足球场，不仅比坍塌的阿雷西博望远镜大，而且灵敏度也高出三倍。FAST于2020年1月开始全面运行，主要工作是捕获天体尤其是脉冲星发出的无线电信号。

FAST周围方圆5公里范围内还设有“无线电静默区域”，该区域禁止使用手机和计算机。王启明表示：“我们从阿雷西博望远镜的结构中汲取了很多灵感，并逐渐对其进行改进，来建造FAST望远镜。”

德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家劳拉·斯皮特勒（LauraSpitler）表示，FAST望远镜拥有“令人印象深刻的灵敏度”，将有助于详细跟踪宇宙波信号的来源。

“能够使用望远镜让我感到非常兴奋。”美国西弗吉尼亚大学射电天文学家莫拉·麦克劳克林（MauraMcLaughlin）表示。她说希望用FAST研究脉冲星，包括在银河系外的星系中搜寻脉冲星，“这些脉冲星太微弱，很难用现在的望远镜看到”。

麦克劳克林还表示，FAST将促进国际合作的努力，从而发现时空涟漪将如何席卷整个银河系。国际脉冲星计时阵列（(IPTA)）正在使用世界各地的射电望远镜监视脉冲星的常规发射，寻找会揭示这些低频引力波通过的畸变。

“到2030年代，FAST应该已经进行了足够的灵敏度测量，以研究此类波的各个来源，例如超大质量黑洞的碰撞。”她说，“这就是FAST真正发挥作用的地方。”

灵敏度和分辨率“强者”

“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。

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，信号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。

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。

FAST也是中国近年来深空探索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（JosephTaylor）教授曾在一次上海访问中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。”

约瑟夫·泰勒曾在2016年FAST正式完工时亲临现场参观。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。

“中国天眼”奠基人、已故FAST工程首席科学家南仁东在评价FAST的时候曾表示，FAST适合前沿性和探索性的小型研究，比如对脉冲星的研究。“一块方糖大小的脉冲星的重量就可以达到几十亿吨。”南仁东曾在接受采访时说道。

FAST一问世便捷报频传。从2017年10月首次发现2颗脉冲星以来，到2020年1月，已经发现102颗脉冲星，两年的“调试阶段”中发现脉冲星的数量，超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。

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。他对第一财经记者表示：“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。”

望向更深的宇宙

除了研究脉冲星，FAST未来还可以研究中性氢（与“宇宙大爆炸”有关）、黑洞吞噬小天体、星体演化和搜寻地外文明等。FAST收集的数据将有助于更好地帮助全球科学家了解宇宙的起源，寻找外星生命。

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

因发现引力波而获得2017年诺贝尔物理学奖的巴里·巴里什（BarryBarish）教授对第一财经记者表示，目前全球有三个非常不同的项目在观测着宇宙深空。第一个项目就是“中国天眼”项目；第二个项目是加拿大氢强度测绘实验(CHIME)射电望远镜，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项目（SKA），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阵列，一期项目建设的投入就达到20亿美元。SKA项目计划2021年开建。

根据国家天文台消息，自2020年1月验收以来，“中国天眼”（FAST）设施运行稳定可靠，取得一系列重大科学成果，发现脉冲星数量超过240颗，基于“中国天眼”数据发表的高水平论文达到40余篇。借助“中国天眼”，我国科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量。

澳大利亚塔斯马尼亚大学物理学教授约翰·迪基（JohnDickey）表示：“中国无疑是一个全球科学研究中心，中国的研究成果令人印象深刻，与北美或西欧处于同一水平。与世界上任何先进国家相比，中国的科研人员都是领先的和有创造力的。”

来自美国亚利桑那州立大学的中国科学政策专家丹尼斯·西蒙（DenisSimon）表示：“中国科学创新的进步一直很快，知识的自由获取赋予了科学和工程界探索新想法的可能性，并激励科研人员在研究环境中承担更大的风险。曾经盛行的规避风险的文化已被一种更具企业家精神的文化所取代。”