11月5日和10月29日，兩篇基于500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的快速射電暴方面的研究成果在《自然》雜志發(fā)表，讓“中國天眼”再次成為射電天文學(xué)界的焦點(diǎn)。

這兩篇重要的論文，無疑也讓中國射電天文人的信心更加堅(jiān)定。用中國科學(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會(huì)主任武向平的話說，有了“中國天眼”這臺(tái)“大國利器”之后，中國射電天文的國際地位正在迅速上升。

總工程師的新夢(mèng)想

FAST從預(yù)研到完成花費(fèi)了26年的時(shí)間，近百名科研工作者前赴后繼投入到這個(gè)項(xiàng)目中。FAST于2016年落成，它的反射面相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)，是世界最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，大大拓展了人類在射電波段的視野，也使中國射電天文學(xué)家終于有機(jī)會(huì)走到科學(xué)探索的最前沿。

FAST的全新設(shè)計(jì)理念開創(chuàng)了建造巨型望遠(yuǎn)鏡的新模式，多年來，工程團(tuán)隊(duì)開展了一系列的技術(shù)攻關(guān)，克服了力學(xué)、測(cè)量、控制、材料、大尺度結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域諸多技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新，終于使得望遠(yuǎn)鏡于2020年1月11日通過國家驗(yàn)收，所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

這讓中科院國家天文臺(tái)研究員、FAST總工程師姜鵬頗感欣慰：“我們通過20多年的努力，把一個(gè)天馬行空的設(shè)想變成了國之重器。但我們現(xiàn)在又有了一個(gè)新的夢(mèng)想，那就是進(jìn)一步提高望遠(yuǎn)鏡性能，建立公開共享的機(jī)制，源源不斷地產(chǎn)生科學(xué)成果，這才是我們?yōu)橥�遠(yuǎn)鏡付出的終極目標(biāo)。”

今年2月，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)克服疫情影響，正式啟動(dòng)科學(xué)委員會(huì)遴選出的五個(gè)優(yōu)先和重大項(xiàng)目，近百名科學(xué)家開始使用并處理FAST的科學(xué)數(shù)據(jù)；4月，時(shí)間分配委員會(huì)開始向國內(nèi)天文界征集自由申請(qǐng)項(xiàng)目，目前已經(jīng)接到170余份申請(qǐng)，外部用戶的比例高達(dá)95.7%。

“科研人員對(duì)FAST觀測(cè)時(shí)間的競(jìng)爭相當(dāng)激烈。”中國科學(xué)院院士、中科院國家天文臺(tái)臺(tái)長常進(jìn)介紹，目前望遠(yuǎn)鏡收到的申請(qǐng)共約5500個(gè)小時(shí)，但實(shí)際獲得批準(zhǔn)的僅有1500個(gè)機(jī)時(shí)，也就是只有不到30%的申請(qǐng)時(shí)間能得到支持。

新物理的核心

用戶擠破頭的情況很大程度上反映了FAST的科學(xué)潛力。FAST的靈敏度是全球第二大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的2.5倍以上，超強(qiáng)靈敏度使其在射電瞬變?cè)捶矫婢哂兄卮鬂摿Γ�有望�?shí)現(xiàn)納赫茲的引力波探測(cè)。同時(shí)，它還有能力將我國深空探測(cè)及通訊能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。

最近令天文學(xué)家百思不得其解的毫秒射電爆發(fā)就是一個(gè)典型的例子。在廣袤的宇宙中，經(jīng)常有一股射電暴襲來，但僅僅閃現(xiàn)幾個(gè)毫秒。究竟是什么發(fā)出了這些射電暴？它們到底包含了什么信息？一系列的謎團(tuán)讓毫秒射電爆發(fā)迅速成為天文學(xué)界的前沿問題。

“幾個(gè)毫秒就沒了的東西非常難抓，因此這個(gè)問題幾乎是天文學(xué)中最難的問題之一。”中科院國家天文臺(tái)首席研究員韓金林說，“實(shí)際上，關(guān)于這個(gè)問題的理論模型數(shù)量比實(shí)際觀測(cè)的快速射電暴數(shù)目還要多。”

此前，這些理論研究主要?jiǎng)澐殖蓛纱?ldquo;門派”，一個(gè)“門派”認(rèn)為這樣的毫秒射電爆發(fā)是宇宙災(zāi)變事件造成的爆發(fā)，而另一派則認(rèn)為它是粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)中穿行產(chǎn)生的。

“FAST的觀測(cè)結(jié)果直接終結(jié)了兩大門派的‘理論爭鋒’，通過對(duì)11次射電爆發(fā)的高靈敏度偏振信號(hào)解析，我國科研人員用直接的觀測(cè)結(jié)果否定了宇宙災(zāi)變的理論。”韓金林說。

憑借著一系列的“實(shí)錘”，F(xiàn)AST一舉將我國相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)送上了宇宙毫秒射電爆發(fā)新物理的核心地位。

中國的“黃金”十年

在開放運(yùn)行的300天里，“中國天眼”展現(xiàn)出的科學(xué)實(shí)力已經(jīng)令人印象深刻。目前，F(xiàn)AST發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量超過240顆，基于FAST數(shù)據(jù)發(fā)表的論文達(dá)到40余篇。

“1967年，人們發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星；直到50年后，中國人才用自己的射電望遠(yuǎn)鏡FAST發(fā)現(xiàn)了第一顆新脈沖星。”武向平說，“在很短時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)AST已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了240多顆脈沖星，我們期望在未來5年，這一數(shù)字能達(dá)到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆脈沖星。”

天文學(xué)是高度依賴觀測(cè)設(shè)備的一門學(xué)科，長期以來，由于沒有大射電望遠(yuǎn)鏡，中國射電天文學(xué)家無法拿到一手資料，在射電天文研究領(lǐng)域難以進(jìn)入國際先進(jìn)行列。

但FAST的誕生改變了這一格局。武向平告訴《中國科學(xué)報(bào)》，現(xiàn)在在射電觀測(cè)設(shè)備和人才隊(duì)伍兩個(gè)方面，中國已經(jīng)位居世界第一梯隊(duì)。

實(shí)際上，中國射電天文人的雄心和路徑都已十分清晰：用好FAST這口自己的“大鍋”，同時(shí)積極參與國際合作項(xiàng)目——平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡（SKA）的數(shù)千個(gè)“小鍋”，躋身射電天文學(xué)研究的前沿。武向平透露，他們?cè)诳紤]將FAST編入國際干涉陣列望遠(yuǎn)鏡的網(wǎng)絡(luò)VLBI中，而在FAST周圍再建幾口大“鍋”也不是不可能。

“明年，F(xiàn)AST還會(huì)對(duì)全世界開放。雖然這個(gè)望遠(yuǎn)鏡是中國人掏錢建的，但我們應(yīng)有大國的胸襟，為人類探索宇宙奧秘作出貢獻(xiàn)。”武向平相信，未來10年，中國將迎來射電天文發(fā)展的黃金時(shí)期。“我們要利用這個(gè)寶貴的窗口期，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類探索和認(rèn)識(shí)宇宙作出重大貢獻(xiàn)。”