“中国天眼”为何是全球最大单口径望远镜？

500米口径球冠状主动反射球面射电望远镜。来源：新华网

在经历了22年从构想、预研、开工建设到反复调试的过程后，2016年9月，“500米口径球冠状主动反射球面射电望远镜”（英文简称FAST）项目工程正式启用。

该项目预计在启用5年内达到最优目标，实现大天区面积、高精度的天文观测，其科学目标包括巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星、探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号等。

“中国天眼”FAST

在贵州省黔南布依族自治州平塘县的“大窝凼”洼地里，FAST犹如一口银白色的“锅”，矗立在群山之间，阳光照射在铝制面板上格外耀眼。“大锅”四周树立着六座高塔，通过几十米长的钢索将颇似“宇宙飞船”的馈源舱吊在半空中。

据官方数据显示，FAST的口径达500米，球反射面半径300米，有效照明口径300米，工作频率为70MHz～3GHz，灵敏度(L波段)为2000m2/K，观测换源时间小于10分钟，跟踪精度8角秒。

FAST工程总工艺师王启明称，FAST是国际射电望远镜“大而精”的代表，作为世界最大的单口径望远镜，FAST将在未来10至20年保持世界一流设备的地位。

FAST主动反射面由4450块反射面板单元组成，面积约25万平米，近30个标准足球场大小；与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，灵敏度提高约10倍；与排在“阿波罗”登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国“阿雷西博”305米望远镜相比，其综合性能提高约10倍。

FAST取代“阿雷西博”，成为新的射电望远镜之王，它不仅将在尺寸规模上创造单口径射电望远镜的新世界纪录，而且在灵敏度和综合性能上，也将登上世界的巅峰。

在FAST工程测量与控制系统总工朱丽春看来，FAST让人震撼的不仅是“大”，还有它的“精”。朱丽春说，当FAST观测天体时，会随着天体的方位变化。对于精度的考究，依旧苛刻到了极致，处处都是毫米级的精度要求：天线的精度是3毫米；每个小面板的制造精度是1.5毫米。

专家表示，FAST有2000多个液压促动器通过伸缩，实现反射面精确变位；六条10余米长的钢索，误差不超过1毫米；馈源舱位移精度控制在10毫米……

天文科学应用价值巨大

FAST在国家重大需求方面有重要应用价值。把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务。作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地面观测；跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。

FAST作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。能用一年时间发现约7000颗脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律；有希望发现奇异星和夸克星物质；发现中子星——黑洞双星，无需依赖模型精确测定黑洞质量；通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波；作为最大的台站加入国际甚长基线网，为天体超精细结构成像；还可能发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破；用于搜寻识别可能的星际通讯信号，寻找地外文明等等。

FAST研究涉及了众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。FAST的建设经验将对我国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生影响。

FAST的发现成果

2018年10月10日，FAST首批成果新闻发布会在中国科学院国家天文台举行。国家天文台台长严俊介绍了FAST工程竣工一年来的各项工作进展。

FAST探测到数十个优质脉冲星候选体，经国际合作，有两颗脉冲星已通过系统认证，一颗编号J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自转周期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；另一颗编号J1931-01（又名FP2），自转周期0.59秒，据估算距离地球约4100光年。两颗脉冲星分别由FAST于今年8月22日和25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

自FAST启动至2018年5月，共发现51颗脉冲星候选体，其中有11颗已被确认为新脉冲星。