極目星空 步履不停——“中國天眼”為世界天文提供“中國智慧”
4月17日，記者從國家天文臺FAST運行和發展中心獲悉，有“中國天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）已發現900余顆新脈沖星。
在快速射電暴起源、引力波探測等領域產出一系列世界級成果；自主研發的接收機核心零部件有望走出國門；FAST核心陣建設蓄勢待發……
極目星空，步履不停。“中國天眼”正不斷為世界天文提供中國智慧、為全球工程界提供中國技術。
成果頻出
“中國天眼”是耳熟能詳的國之重器。為“早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”，中國科學家不斷“挑戰認知和技術極限”，用“中國創造”擦亮深邃“天眼”。
4月17日，記者從中國科學院國家天文臺FAST運行和發展中心獲得消息，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）發現的新脈沖星數量突破900顆。新華社發 劉續 蘆禹含 編制
截至目前，“中國天眼”已發現900余顆新脈沖星，其中至少包括170余顆毫秒脈沖星、120余顆雙星脈沖星、80顆暗弱的偶發脈沖星。
“我們正在拓展人類對宇宙的認知極限。”國家天文臺銀道面脈沖星巡天項目負責人韓金林說。從人類發現第一顆脈沖星到FAST發現首顆脈沖星的50年里，全世界發現的脈沖星不到3000顆。
2017年10月10日，“中國天眼”宣布發現6顆新脈沖星，實現“零的突破”。這是中國首次利用自己獨立研制的射電望遠鏡發現脈沖星。
目前，“中國天眼”發現的900余顆新脈沖星，是國際上同時期其他望遠鏡發現脈沖星總數的3倍以上。
其中，發現的80顆暗弱的偶發脈沖星與正常脈沖星相比，輻射流量密度還要低一個量級，最低的已經達到了亞微央量級。
在韓金林看來，對這些偶發脈沖星的研究對于理解銀河系中恒星死亡后形成多少致密中子星殘骸及揭示未知的脈沖輻射物理過程具有重要意義。
韓金林告訴記者，如果把搜尋脈沖星比作摘果子，之前發現的脈沖星都離地面比較近、容易“摘”，“中國天眼”發現的900余顆新脈沖星則是更遠或者采摘難度更大的。
因為每一顆脈沖星都有其特殊脈沖及穩定的轉動頻率，它們相當于宇宙中具有特有信號標記的“燈塔”。如果人類在未來能夠實現“星際穿越”的話，這些脈沖星將為人類在浩瀚的宇宙中旅行提供“導航”。
“我們精確測量出脈沖星在宇宙空間中的坐標，在旅途中時刻監測多個脈沖星信號的相位及對應的位置關系，人類在星際旅行中就不會走丟了。”韓金林說。
2024年2月26日拍攝的“中國天眼”全景（無人機全景圖片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
首次在射電波段觀測到黑洞“脈搏”、探測到納赫茲引力波存在的關鍵證據、探測并構建世界最大中性氫星系樣本……近年來，“中國天眼”為探索宇宙奧秘作出中國貢獻。
未知和未來面前，人類命運與共。“中國天眼”從誕生那一刻開始，就肩負使命。
“中國天眼”測量與控制工程師孫純介紹，自2021年3月31日正式對全球科學界開放以來，“中國天眼”已幫助美國、荷蘭、澳大利亞等15個國家的研究團隊開展觀測近900小時，涉及科學目標漂移掃描巡天、中性氫星系巡天、銀河系偏振巡天、脈沖星測時、快速射電暴觀測等多個領域。
在可預見的未來，“中國天眼”將為國際天文界持續探索宇宙、嘗試尋找未知事物帶來更多新視角，為引領人類突破認知新領域作出更大貢獻。
創新不止
“原以為要修改七八遍，沒想到第一版性能就達到了世界先進水平。”中國科學院國家天文臺高級工程師柴曉明向記者介紹著眼前一個外殼鍍銀、只有口風琴大小的低噪聲放大器，言語中難掩興奮。
低噪聲放大器是“中國天眼”接收機的核心零部件，此前都靠進口。
為解決“卡脖子”問題、把關鍵技術掌握在自己手里，柴曉明所在的團隊用了近2年時間自主研發出了這款高性能的國產低噪聲放大器。
2024年2月26日拍攝的“中國天眼”全景（無人機全景圖片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
樣機一經推出就受到了國際天文界關注，位于巴西的BINGO項目第一時間向FAST運行和發展中心提出批量購買的合作意愿。
“中國天眼”作為世界最大、最靈敏的單口徑球面射電望遠鏡，激發了很多特殊的技術需求，需要中國科學家們充分發揮主觀能動性和創造力，在不斷“挑戰認知和技術極限”、不斷“發現問題、解決問題”中優化升級。
創新無捷徑，唯有敢攀登。
“沒人告訴你可以怎么做，誰也沒有把握自己的方法一定行。”FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬說，“反復試驗、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關幾乎貫穿了FAST建設階段的每一個環節。
為解決索疲勞問題，姜鵬帶領一幫年輕人歷經近百次失敗，成功支撐起“中國天眼”的“視網膜”。
2024年2月26日拍攝的“中國天眼”饋源艙（無人機照片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
為開發新的控制系統，FAST運行和發展中心測量與控制工程部主任孫京海無數次挑燈夜戰至東方既白，幾乎重寫了全部核心算法代碼。
為解決變電站電磁干擾問題，FAST運行和發展中心電子與電氣工程部主任甘恒謙經過近2年的摸索與試驗，發明了與“中國天眼”匹配的高壓濾波器……
僅在建設階段，“中國天眼”獲得了鋼結構、自動化產業、機械工業、測繪地理信息技術、電磁兼容研發等十余個領域的重要科技獎項。
2024年2月26日拍攝的“中國天眼”全景（無人機照片，維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
“天眼”問天，沒有終點。姜鵬坦言，如果只把FAST當成一個望遠鏡、一臺監測設備，現在已經達標了。但要維持FAST世界領先的地位，我們的創新就不能停下來，我們會傾盡全力讓FAST穩定性更好、運行效率更高。
目前，FAST年度觀測時間穩定在5300小時左右，為持續產出科研成果起到了重要的支撐作用。
競逐未來
巡天探宇，解密星空。“中國天眼”沒有停止過創新的腳步。
“天文學極其浪漫，因為它研究的是人類的星辰大海。天文學也極其殘酷，因為國際競爭極其激烈，一旦松懈，就會失去領跑地位。”姜鵬說。
放眼全球，國際大科學工程平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）等多個射電望遠鏡陣列均在建設之中。
2024年2月27日紅外相機拍攝的“中國天眼”測量基墩（維護保養期間拍攝）。新華社記者 歐東衢 攝
“一旦這些望遠鏡投入運行，‘中國天眼’將面臨巨大的挑戰。”姜鵬說，“我們稍有松懈，中國天文學家就可能‘失守’射電波段視野的最前沿。”
記者近日走進“中國天眼”核心區，在一處離“中國天眼”不到3公里的山頭上看到，挖掘機正在緊張作業，原本雜木叢生、怪石嶙峋的山頂已被推平、夯實。
“我們計劃未來5年利用FAST周圍5公里范圍內優異的電磁波環境，建設20至30臺口徑40米級全可動射電望遠鏡，與FAST組成綜合孔徑陣，即FAST核心陣。”姜鵬告訴記者，正在作業的山頭在年內就會建成一臺40米級全可動射電望遠鏡。
“單靠‘中國天眼’觀測宇宙，就像是用‘粗頭鉛筆’給天體畫像，而核心陣建成投用的話，相當于用高分辨率的‘數碼相機’拍攝遙遠的星空。”姜鵬介紹，核心陣一旦建成，將大幅提高“中國天眼”的視力，讓“‘中國天眼’不僅能看得遠，還能看得清”。
FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬（左）在總控室內觀察設備運行狀況（2024年3月20日攝）。新華社記者 劉續 攝
在FAST運行和發展中心結構與機械工程部主任李輝看來，FAST核心陣將拓展現有科學研究領域，特別是在引力波事件、快速射電暴、伽馬射線暴、超新星、黑洞潮汐瓦解事件等極端暫現源方面發揮重大作用。
除天體物理學研究，FAST核心陣還有望在深空探測領域發揮巨大的作用，例如近地天體預警、空間微小目標探測、深空衛星通訊及控制、電離層特性測量、脈沖星時間基準等，可以為我國空天領域發展起到非常重要的戰略支撐作用。
姜鵬說：“為了讓中國的射電天文力量始終保持國際先進，我們將在新的起點加速攀登，帶領團隊不斷探索新的科學前沿。”
文字記者：趙新兵、歐東衢、潘德鑫
視頻記者：歐東衢 楊焱彬 劉勤兵 陳嬙
海報設計：孫瑤
編輯：金地、林格、戚文娟、 劉勇貞、林繁晶、侯幫興、程昊
統籌：黃小希、何雨欣