科学潜力逐步显现 “中国天眼”取得系列重大科学成果

“在射电天文学领域，我们已经进入第一方队”

——“中国天眼”取得一系列重大科学成果

观测服务超过5200个机时，超过预期目标近2倍；累计发现脉冲星超过240颗；基于观测数据发表的高水平论文达到40余篇……这是被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)自建成以来取得的成绩。

11月4日，中国科学院国家天文台举行发布会介绍，“中国天眼”运行稳定可靠，取得一系列重大科学成果。其中，“中国天眼”的快速射电暴研究成果近日陆续发表于国际科学期刊《自然》杂志。“中国天眼”的顺利运行，使得我国相关科研团队迅速成为国际快速射电暴的核心研究力量。

“天文学是一门极度依赖观测设备的科学，没有观测设备，只能根据别人的资料进行研究。”中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平在发布会上说，“有了大国利器，我们在国际天文学领域的地位就不一样了……在射电天文学领域，我们已经进入第一方队。”

对天文学前沿领域的研究不再依赖“二手资料”

在广袤的宇宙中，经常有一些射电波袭来，仅仅闪现几毫秒。天文学家一直企图寻求真相：谁发出了这些电波？如此快速闪现的电波包含了什么信息？

2017年，天文学家捕获到一个毫秒时标的无线电爆发，它竟然在几个小时内重复了几次。天文学家利用世界多台大射电望远镜联合探测进行快速定位，终于将一个重复爆发的无线电快速闪现源定位到宇宙深处30亿光年之外的一个星系里。

不过，这些研究很长一段时间与中国无缘。“过去，因为没有大射电望远镜，中国天文学家无法拿到第一手资料，所以在这个前沿领域的研究中，多数是做理论研究。”中国科学院院士、国家天文台台长常进说。

2020年1月，“中国天眼”通过国家验收。这台反射面面积相当于大约30个标准足球场、世界上最灵敏的单口径射电望远镜，大大拓展了人类的视野，也使中国的天文学家终于有机会走到射电天文研究的最前沿。

借助“中国天眼”，中国天文学家发现了宇宙毫秒无线电爆发的新物理现象：最近，北京大学教授、国家天文台研究员李柯伽研究团队利用“中国天眼”探测到一例快速射电重复暴，在国际上首次发现该重复暴的辐射具有非常丰富的偏振特征，这一观测对快速射电暴的辐射起源提供了新的信息；北京师范大学林琳博士、北京大学张春风博士、国家天文台王培博士等联合研究团队利用“中国天眼”对银河系磁星软伽马射线重复暴进行多波段联合观测，发现了软伽马射线重复暴与快速射电重复暴的爆发具有较弱的相关性。

如果没有“中国天眼”，中国天文学家对这些前沿领域的研究，或许仍然只能依赖别人的“二手资料”。

“我们有信心搜寻到一千颗脉冲星”

快速射电暴的研究只是一个缩影。“随着性能的提升，‘中国天眼’科学潜力逐步显现。”常进指出，“中国天眼”的超高灵敏度使其在射电瞬变源方面具有重大潜力，有望在短时期内实现纳赫兹的引力波探测、捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波，为研究宇宙大爆炸原初时刻的物理过程提供数据支撑。同时，它还有能力将我国深空探测及通信能力延伸至太阳系边缘，满足国家重大战略需求。

引力波的探测是近年来天文学界的热门话题。通过对毫秒脉冲星的长期监测，选取一定数目的毫秒脉冲星组成计时阵列，可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。“受益于‘中国天眼’超高灵敏度，我们已经将脉冲星的测时精度提升至少一个数量级，这有望使人类首次具备纳赫兹引力波的探测能力。可以说，我们已经走在‘出大成果’的攀登之路上。”常进说。

脉冲星因不断发出电磁脉冲而得名，是一种未知的天体。常进介绍，“中国天眼”发现的脉冲星数量超过240颗。其中，在球状星团M92中发现的是一个具有掩食现象的毫秒脉冲双星，这是在M92中发现的第一颗毫秒脉冲星，密近的轨道和较大的伴星质量预示着伴星的物质正在被脉冲星吸积。借助“中国天眼”的高灵敏度，伴星及其星风的遮挡带来的脉冲星信号掩食现象和伴星星风导致的脉冲星信号到达时间延迟都被清晰观测到。具有这些特殊现象的脉冲双星，在天文学中被称为“红背蜘蛛”系统。该发现被美国天文学会选为亮点研究成果。

“中国天眼”未来的一个重要任务是搜寻更多脉冲星。“我们有信心搜寻到一千颗脉冲星。”国家天文台首席研究员韩金林说，较近的脉冲星已都被国外发现，我们只能搜寻更远的。“假如有，我们不漏掉任何一颗。”

“中国天眼”将向全世界科学家开放

其实，“中国天眼”的先进测量技术远不止于望远镜本身，在其他领域有重要的应用前景。例如在高精度地矿勘探方面，可以利用惯性组件与卫星导航融合技术，为重力测量提供高精度的位置和方位姿态基准；在海洋测绘中，采用惯性组件与声呐等测量技术融合，实现海底测绘，为勘探区作业的机器设备建立高精度的时空和姿态基准。

目前，“中国天眼”已经正式对国内天文学家开放运行，设施运行稳定可靠，近一年已经观测服务了超过5200个观测机时。2020年2月，“中国天眼”正式启动了科学委员会遴选出的五个“优先和重大项目”，已经有近两百名科学用户开始使用并处理“中国天眼”的科学数据。

2020年4月，“中国天眼”观测时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目，目前已经接到170余份申请，申请的总时间约5500个小时，实际批准1500个机时，只有30%能得到支持。可见，“中国天眼”观测时间竞争相当激烈。

尽管激烈，但“中国天眼”还将面向更多科学家。“明年‘中国天眼’将向全球开放，全世界的科学家都可以使用这台世界上最大的射电望远镜，一起为探索宇宙的奥秘、推动人类文明的进步作贡献，构建人类命运共同体。”武向平在发布会上宣布。

同一个太空，同一个家园。未来，“中国天眼”将带来更多来自太空的惊喜。

(本报北京11月4日电本报记者 陈海波) 【编辑:黄钰涵】