這就是中國優(yōu)勢 | 科技優(yōu)勢（八）中國天眼：單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的終結(jié)者

【導(dǎo)語】“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還?！边@是一種豪情與詩意，也是當(dāng)今中國正創(chuàng)造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待，推開了一扇扇嶄新世界的大門：空間探測、生物醫(yī)藥、人工智能、量子科學(xué)……中國科技創(chuàng)新的步伐從未停止。正如習(xí)近平總書記所說，一切偉大成就都是持續(xù)奮斗的結(jié)果，一切偉大事業(yè)都需要在繼往開來中推進(jìn)。新時代必將是大有可為的時代。

“如果存在外星人的話，那么現(xiàn)在只有中國能夠提前警告外星艦隊(duì)的入侵”，這全靠被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(簡稱FAST)。在美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡坍塌退出歷史舞臺后，中國天眼FAST便成了成為全球連接星際銀河的重要橋梁。

作為目前全球唯一的“天眼”，中國FAST直徑長達(dá)500米，繞著它走一圈要半個小時；它的反射面積有25萬平方米，相當(dāng)于30個足球場的大??；如果把它盛滿水，全世界每個人可以分到4瓶；它的靈敏度是世界上排名第二的美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的3倍左右，巡天速度是它的10倍以上，綜合性能領(lǐng)先全世界20到30年；它的觀測距離超過137億光年，讓人類在地球上就能夠遙聽來自宇宙深處的聲音。

2020年1月11日，被譽(yù)為中國天眼的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡通過驗(yàn)收，正式開放運(yùn)行。（圖源：新華社）

中國天眼讓人類看得更遠(yuǎn)

浩瀚星空，廣袤蒼穹，自古以來寄托著人類的科學(xué)憧憬。天文學(xué)是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的前沿科學(xué)，也是推動科技進(jìn)步和創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

1994年，500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)想，由中國天文學(xué)家南仁東提出后，歷經(jīng)論證、立項(xiàng)、選址以及艱苦建設(shè)，于2016年9月25日落成啟用，進(jìn)入調(diào)試期。2020年1月11日，中國天眼FAST通過國家驗(yàn)收正式開放運(yùn)行，是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)、目前世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

“天眼”工程由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機(jī)與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成。（圖源：新華社）

建設(shè)中國天眼FAST的挑戰(zhàn)很多很大，中國天文學(xué)家們發(fā)揮了智慧的腦力激蕩與自主創(chuàng)新，讓這些挑戰(zhàn)最終都迎刃而解。其中了不起的技術(shù)創(chuàng)新有許多項(xiàng)，例如材料的創(chuàng)新與巧妙運(yùn)用輕型索支撐饋源系統(tǒng)，將萬噸級的饋源平臺減重到數(shù)十噸級，方便靈敏度高出世界第二大望遠(yuǎn)鏡的2.5倍以上，可以用同樣解析度看到其6.25倍以上遠(yuǎn)的視界。

對于FAST這口“大鍋”不只中國關(guān)注，世界各國都在看。英國《每日電訊報》提到“中國開啟了世界最大的望遠(yuǎn)鏡”，它的500米口徑，讓此前最大紀(jì)錄保持者，位于波多黎各的300米口徑阿雷西博望遠(yuǎn)鏡相形見絀。日本專業(yè)太空網(wǎng)站sorae認(rèn)為，對望遠(yuǎn)鏡而言規(guī)模就是能力，因此中國天眼具有強(qiáng)大的觀測能力，能搜尋那些只有微弱信號的脈沖星。美國有線電視新聞網(wǎng)稱，中國最大的天文望遠(yuǎn)鏡將開始搜尋外星人!英國《衛(wèi)報》則說，中國“未來可能的發(fā)現(xiàn)甚至?xí)鑫覀冏畀偪竦南胂蟆薄?/p>

中國天眼的正確打開方式

工作人員在中國天眼總控室內(nèi)工作。（圖源：新華社）

射電望遠(yuǎn)鏡、大窩凼、反射板、索網(wǎng)……這些原本互不關(guān)聯(lián)的名詞，因?yàn)橹袊煅跢AST而組合在一起，共同解讀著它的妙不可言。

中國天眼FAST這口“鍋”的大，大得有道理。只要“鍋”越大，接收信號就越多，靈敏度就越高。就像下雨時，盆子越大，接住的水就越多?？茖W(xué)家打過比方，以FAST的靈敏度，即便有人在月亮上打手機(jī)，也能被“看見”。

FAST“鍋邊”是一圈直徑約500米、高5.5米、寬11米的環(huán)梁，由50個承臺支撐?？紤]到熱脹冷縮，設(shè)計(jì)者巧妙地讓支座實(shí)現(xiàn)滑移。“鍋面”較為特殊，先要“編織”由6670根主索組成的網(wǎng)，再將4450塊邊長在10.4米至12.4米、重在427至482.5公斤、厚約1.3毫米鋁制反射面單元，依次安裝在索網(wǎng)上面?？v橫交錯的索網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對反射面板的調(diào)姿，最終形成300米口徑的瞬時拋物面。“鍋底”更為有趣，饋源艙?？科脚_位于主動反射面中心底部，重約30噸的饋源艙則均勻分布在“鍋”周圍的6個支撐塔的作用下，懸掛在距地面80米處。

FAST望遠(yuǎn)鏡的日常體檢。（圖源：新華社）

在FAST提出的“科學(xué)目標(biāo)菜單”上，排在首位的是巡視宇宙的中性氫。中性氫是指宇宙中未聚攏成恒星發(fā)光發(fā)熱的氫原子，觀測中性氫信號，能夠獲知星系之間互動的細(xì)節(jié)，還能推算宇宙發(fā)育的蛛絲馬跡。另一道值得期待的“主菜”是觀測脈沖星。脈沖星是大質(zhì)量恒星演化的最終產(chǎn)物，目前已觀測到的約2000顆脈沖星均在銀河系內(nèi)，F(xiàn)AST將對準(zhǔn)銀河系外。而隨著“鍋”的主體完工，科學(xué)家們將邊調(diào)試、邊收集“食材”。面對紛紜世界，他們還需過濾“雜質(zhì)”，潛心運(yùn)維，方能烹出一鍋薈萃。

中國天眼進(jìn)入成果爆發(fā)期

7月24日，星空下的中國天眼（維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝，長時間曝光照片）。 （圖源：新華社）

近年來，中國天眼FAST運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測時長超過5300小時，已遠(yuǎn)超國際同行預(yù)期的工作效率，為其科學(xué)產(chǎn)出起到重要支撐作用。而中國天眼的觀測研究結(jié)果，也在用實(shí)際成果說明：中國的天文學(xué)家可以憑借FAST望遠(yuǎn)鏡高超的性能，做出世界一流的研究成果。

——已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星

自2017年10月10日首次對外宣布發(fā)現(xiàn)脈沖星以來，截至2022年7月22日，中國天眼已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星。

脈沖星就是旋轉(zhuǎn)的中子星，因不斷地發(fā)出電磁脈沖信號而得名，其密度每立方厘米相當(dāng)于1萬艘萬噸巨輪的質(zhì)量壓縮起來。從脈沖星中遴選出脈沖信號穩(wěn)定的毫秒脈沖星，將來有望應(yīng)用于星際導(dǎo)航。舉例來說，如果要走到火星甚或走出太陽系、銀河系，根本無法用地球上的GPS去導(dǎo)航，但如果能知道宇宙中很多脈沖星的位置，就可以通過它來定位導(dǎo)航。

科學(xué)家利用中國天眼開啟脈沖星深度研究（圖源：新華社）

——發(fā)現(xiàn)地外文明可疑信號

北京師范大學(xué)天文系的張同杰教授近日透露，其研究團(tuán)隊(duì)使用中國天眼發(fā)現(xiàn)了幾例來自地球之外可能的技術(shù)痕跡和地外文明候選信號。這是幾個不同于以往的窄帶電磁信號，目前團(tuán)隊(duì)正在排查中。張同杰提到，2020年，團(tuán)隊(duì)處理中國天眼2019年的共時巡天觀測數(shù)據(jù)時，就發(fā)現(xiàn)了兩組地外文明可疑訊號；2022年，團(tuán)隊(duì)又從系外行星目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)可疑訊號，“可疑訊號是某種射電干擾的可能性也非常大，都有待進(jìn)一步證實(shí)和排除，這可能是一個漫長的過程”。

——發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍快速射電暴

中國科學(xué)院國家天文臺李菂研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團(tuán)隊(duì)，通過中國天眼FAST發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一一例持續(xù)活躍的重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B，并將其定位于一個距離我們30億光年的矮星系。這一發(fā)現(xiàn)對于更好理解快速射電暴這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義。

快速射電暴是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在1毫秒的時間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。2007年，它才在全球范圍內(nèi)被首次確定存在。此次中國天眼的發(fā)現(xiàn)中，“每小時約有3到4次爆炸，一次爆炸普遍持續(xù)千分之幾秒”。

7月25日，夜空下的中國天眼（維護(hù)保養(yǎng)期間拍攝，長時間曝光照片）。（圖源：新華社）

中國天眼用了不到兩公里地鐵的成本，建設(shè)了一個世人矚目的超級工程。如今，中國天眼已向國際學(xué)術(shù)交流開放，并將面向全國中小學(xué)生開放1%的觀測時間進(jìn)行科普教育。中國科學(xué)院院士武向平此前透露，中國還將建設(shè)另外5臺500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，與FAST組成一個巨大陣列，“將領(lǐng)先世界50年”。

(資料來源：中國科學(xué)院、新華社、央視新聞、中新網(wǎng)、科技日報)