300多顆脈沖星!

這是“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)最新公布的探測發現成績單。

2月5日上午，習近平總書記親切會見“中國天眼”項目負責人和科研骨干后指出，“中國天眼”是國家重大科技基礎設施，是觀天巨目、國之重器，實現了我國在前沿科學領域的一項重大原創突破，以南仁東為代表的一大批科技工作者為此默默工作，無私奉獻，令人感動。

今年4月1日，FAST將正式向全球科學家開放。4月1日至5月15日，向全世界征集觀測項目建議，各國科學家可以通過在線方式向國家天文臺提交觀測申請。7月20日，公布評審結果，8月1日起，開始安排FAST觀測時間。

全國政協委員、中國科學院院士、FAST科學委員會主任武向平接受采訪時表示，“中國天眼”向世界全面開放，彰顯了充分合作的理念。“中國正迎來射電天文發展的黃金時期，我們要利用這個寶貴的窗口期，做出重大的科學發現，為人類探索和認識宇宙做出貢獻。”武向平說。

有望在納赫茲引力波方面取得重大突破

遙遠星空，浩瀚宇宙，充滿未知的神秘。

光年之外，暗物質如何分布，星系怎樣演化?

百億歲宇宙，從哪里來，又將到哪里去?

宇宙的奧秘，吸引人類不斷探索。回溯原初宇宙前景，正是為了更了解宇宙未來的走向，從而幫助人類找到更美好的未來。

拿脈沖星來說，其密度，每立方厘米相當于1萬艘萬噸巨輪的質量壓縮起來。那是一個地球上無法想象的、類似科幻小說《三體》里“水滴”的世界。

從脈沖星中遴選出脈沖信號穩定的毫秒脈沖星，將來有望應用于星際導航。而探尋“地外文明”，搜尋星際通信信號，一直是個具有無窮誘惑力的科學目標。

1967年，人類發現了第一顆脈沖星。中國奮起直追，50年后，才用自己的射電望遠鏡FAST發現了第一顆新脈沖星。

盡管起步晚，卻手擁大國重器，后來居上。

500米口徑，世界最大的單口徑射電望遠鏡;靈敏度最高，穩居世界射電望遠鏡之首，可有效探索的空間范圍體積，遠超此前最先進的射電望遠鏡。

擁有多個世界之最的FAST，從1994年提出建造構想，到2016年落成啟用，再到完成調試，順利運行并取得一系列科學成果，一直備受矚目，受到全球科學界熱切關注。

《科學》期刊曾多次報道FAST進展，《自然》期刊則把FAST落成列為2016年全球產生重大影響的科學事件。

能刺穿“光年之外”，刷新宇宙深空的天圖;能巡視宇宙大爆炸“蹤跡”，洞悉宇宙“前世”……“中國天眼”的建成、運行，不僅開啟了中國人“睜眼看宇宙”的新征程，也使得人類向宇宙未知地帶探索的眼力更加深邃、眼界更加開闊。

與美國的“鳳凰”計劃相比，“中國天眼”可將類太陽星巡視目標擴大至少5倍。

中科院國家天文臺研究員、“中國天眼”首席科學家李菂曾介紹，“天眼”在很多領域具備超強“發現力”：發現氣體星系的數量有望在過去的基礎上提高10倍，發現的脈沖星數量有望翻倍，有望發現新的星際分子……這使它可以驗證很多科學規律，在引力理論，星系演化，恒星、行星乃至物質和生命的起源等方面，都具備突破的潛力。

從2017年10月，首次發現2顆新脈沖星，到試運行結束，公布發現102顆脈沖星，到一躍突破300顆……被譽為“中國天眼”的FAST，探測成績的進步可謂一日千里。其發現的脈沖星數量，遠超同期歐美多個脈沖星搜索團隊發現數量的總和。

截至FAST正式運行一周年之際，基于FAST數據發表的高水平論文已達到40余篇，快速射電暴成果入選《自然》期刊公布的2020年十大科學發現。

目前，“中國天眼”已經在直徑約10萬光年的銀河系內發現一批脈沖星，又在遙遠的河外星系探測到快速射電暴和中性氫發射線。

武向平介紹，FAST綜合性能全球領先，極大拓展了人類觀察宇宙視野的極限，可以重現宇宙不同時期的圖像，探測信號最弱的脈沖星，不斷擴展觀測樣本的數量。期待未來5年這一數字能達到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆脈沖星。

武向平說：“FAST脈沖星計時精度領先國際水平4倍以上，有望在納赫茲引力波這一全世界備受關注的前沿科學探測方面取得重大突破。”

具有中國自主知識產權，擁有多項世界之最

作為世界最大的單口徑射電望遠鏡，“中國天眼”有多大呢?

它的口徑，也就是它主動反射面的直徑是500米，它的反射面總面積為25萬平方米，相當于30個標準足球場那么大。

建設它的圈梁、索網和支撐饋源艙的6座高塔，就用掉1萬多噸鋼材。反射面板盡管才1毫米厚，但也用掉了2000多噸鋁合金。

“中國天眼”很牛，其廣為人知的，不僅僅是它的“最大”“最靈敏”，還在于它具有中國知識產權，擁有三項自主創新：一是利用貴州天然的喀斯特巨型洼地作為臺址，二是自主發明了主動變形反射面，三是自主提出輕型索拖動饋源平臺和并聯機器人。

被人們親切地昵稱為“大鍋”的它，建設在天然的喀斯特洼坑——大窩凼。

在這里建設有多難?大窩凼下面50多米深的地方，有貴州最大的地下河——大小井巖溶地下暗河，雨水基本從暗河流走。一旦遇有極端暴雨，地下河水位上漲，“大鍋”就會面臨危險。工程技術人員沿洼地底部開鑿泄洪隧洞，從根本上消除了洪澇風險。

饋源平臺能否經受考驗，直接影響著射電望遠鏡是否穩如泰山。

美國阿雷西博望遠鏡的饋源平臺重達1000噸，經年累月風吹日曬，支撐的鋼索沒扛住老化，2020年12月發生斷裂，導致平臺垮塌。

而“中國天眼”采取輕型索支撐饋源平臺方案，6根鋼索控制的饋源艙，重量僅有30噸。通過并聯機器人二級調整，在降低建造成本、提高安全性的同時，實現毫米級高精度定位。

“天眼”非凡，凝聚著中國人的智慧和汗水。

FAST開創了建造巨型望遠鏡的新模式，突破了傳統望遠鏡的百米工程極限。研制建設期間，攻克了大量的超標準設計和技術難關，多項因FAST而生的技術被鑒定為國際領先水平。比如，超低損耗耐疲勞動態光纜，單條光纜可彎折超過10萬次。具有超高耐疲勞性能的鋼索結構，在200萬次循環加載條件下的疲勞強度可達500兆帕，是目前相關標準規范的2.5倍，在國際范圍內尚未見先例。這是世界上跨度最大、精度最高的索網結構，也是世界上第一個采用變位工作方式的索網體系。

FAST的研制建設，體現了中國自主創新能力，實現了中國大科學工程由跟蹤模仿到集成創新的跨越，為中國射電天文多個研究領域和自然科學相關領域提供重大發現創造了良好機會。

多位天文學家指出，除了天文學觀測以及建造望遠鏡帶動的技術創新，“中國天眼”還將成為最精確的物理規律驗證實驗平臺。

FAST全新結構和苛刻的技術要求，還推動了中國眾多高科技領域的科技進步和產業升級，同時也促進了西部經濟的繁榮和社會進步。

FAST所在的貴州，曾是“經濟洼地”和“脫貧主戰場”。如今，在新一輪科技革命和產業變革浪潮中，發掘出大數據等“彎道超車”產業的創新潛力。而依托中國天眼科普基地而建的天文小鎮，又將迎來覆蓋“中國天眼”全生命周期的數據處理中心的落戶。

為讓“天眼”更“明亮”，創新奮斗永不止步

重大創新、重大突破的背后，離不開FAST 團隊默默無聞的辛勤付出。

20世紀90年代初，建設FAST的想法剛剛萌芽。當時，中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米，而口徑為300多米的美國阿雷西博射電望遠鏡已建成30年。

差距太大了。要跨越式發展，比肩世界先進，還要為全人類叩問宇宙亙古之謎，難度有多大，可想而知。

“快一點、再快一點”，讓中國人盡早用上探索宇宙的利器，是“天眼之父”南仁東生前最大的愿望，也是整個FAST團隊的使命。帶著這份重如山的責任，以南仁東為代表的一大批科技工作者，在20多年的時間里，扎根偏遠的貴州大山深處，一次又一次攻克難關，用實際行動詮釋了“追趕、領先、跨越”的FAST精神。

咬定青山不放松。

在基礎弱、差距大的情況下，要想把口徑500米的望遠鏡搭起來，其反射面總面積將達25萬平方米，附近還不能有電磁信號干擾，光選址就是一大難題。

1994年起，時任中科院北京天文臺副臺長的南仁東從幾百張衛星遙感圖中反復挑選，到大山里挨個踩點，在眾多喀斯特地貌中找到最接近正圓形的洼坑。2006年，借貴州黔南天然之勢，南仁東終于為FAST找到了安身之地。

不破樓蘭終不還。

2007年，FAST作為“十一五”重大科學裝置被國家發改委批準立項，建設任務走向正軌。挑戰難度也隨之升級：望遠鏡靠6座巨型支撐塔固定;為接收來自天體的無線電波信號，可調節的反射面需要同等直徑的索網支撐;用于接收電磁波的饋源艙運動范圍超過200米，運動精度還要控制在毫米級別……工程任務融合天文、機械、材料、無線電等領域，每項工藝都可謂前無古人。

著名天文學家南仁東，如“老工人”一般，帶領整個團隊把整個大工程拆解成許多個小工程。從子系統到零部件逐層細化，再把時間、人力、經費套進此框架，給每個小工程設時間節點……

一點一點死磕，憑著滿腔熱血，依靠自主創新，一個難關一個難關攻破。看著倒計時趕進度，成為團隊的必修課。就這樣，2016年9月25日，FAST迎來整體竣工。從選址到竣工，南仁東把人生最后20余年給了FAST，創造出一個奇跡。

踏平坎坷成大道。

單口徑500米的射電望遠鏡，只要建成，就是世界之最。FAST團隊卻并不滿足于此。他們要建成這個世界之最，還要建得好，讓這只“天眼”看得靈。

舉個例子，為了讓望遠鏡更靈敏，團隊成員必須讓反射面的拋物面更完美、讓接收機離焦點更近。但這樣的要求，近乎苛刻。FAST現場高度差150米，氣壓有25毫帕的變化，可能產生數毫米的誤差，測量反射面的全站儀若想保證絕對精度，還要考慮地球曲率、夾角產生的誤差……為保準確，FAST團隊在6個月內研發出一套全新的測量技術，反射面測量精度可達1毫米以內。

自2011年開工建設起，肩負現場建設重任的FAST團隊成員，就開始了日夜堅守、舍家拼搏的奉獻之旅。經過不懈努力，團隊快速實現了望遠鏡的系統集成，提前完成了功能性調試任務，并在兩年時間內完成了各專業組的驗收。

全國五四紅旗團支部、中國青年科技獎、中國青年五四獎章集體;中國鋼結構協會科學技術特等獎，中國機械工業科學技術獎一等獎，中國電子學會科技進步一等獎，中國科學院杰出科技成就獎……這支年輕的團隊，有著數不清的榮譽與豐碩的授權專利和論文成果，卻始終如一，不忘初心，低調地守護著“天眼”。為了讓“天眼”更“明亮”，今年的春節，他們也依然堅守在崗位。如今，為了迎接4月1日正式向世界開放，他們正為提升望遠鏡性能、擴展望遠鏡的功能，確保穩定運行而更加努力。(衛央)