中國天眼未來如何巡天探宇解密星空？權威答覆來了

FAST科學委員會主任、平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）中國首席科學家武向平院士介紹FAST後續計劃中新社記者 孫自法攝

中新網北京1月6日電 （記者 孫自法）北京時間1月6日凌晨，中國科學院國家天文臺科研人員領導的國際合作團隊透過被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），又一重磅天文科研成果論文獲國際學術期刊《自然》以封面文章上線發表，引發學界矚目。

作為目前世界上最大最靈敏的單口徑射電望遠鏡，“中國天眼”以雄厚科研實力在國際中低頻射電天文領域“傲視群雄”：

FAST年觀測時長超過5300小時，遠超國際同行預期的工作效率；FAST已發現約500顆脈衝星，成為執行以來世界上發現脈衝星效率最高的天文裝置；FAST中性氫譜線測量星際磁場取得重大進展，為解決恆星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供重要觀測證據；FAST獲得迄今最大快速射電暴爆發事件樣本，首次揭示快速射電暴爆發率的完整能譜及其雙峰結構；FAST“銀道面脈衝星快照巡天”專案不到兩年所發現的脈衝星數量已超越美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結果……

資料圖：位於貴州平塘的中國天眼（FAST）。中新社記者 孫自法 攝

在開放執行效率和質量不斷提高的基礎上，FAST這一具有超高靈敏度優勢的觀天利器未來如何巡天探宇、解密星空？人類之眼如何透過“中國天眼”更多、更好地認知宇宙？在基於FAST的最新成果論文發表前夕，中科院於1月5日在北京舉行2022年度首場新聞釋出會，專題介紹大國重器“中國天眼”高質量開放執行及系列重要科研進展，並權威迴應FAST後續發展目標、規劃等備受關注和值得期待的議題。

中科院國家天文臺臺長常進院士表示，FAST執行已進入出好成果、大成果階段。在未來觀測中，FAST將致力於尋找全世界都在尋找的小於1毫秒的亞毫秒脈衝星，並尋找脈衝星和黑洞組成的雙星，以及開展中性氫巡天，“這是FAST最具優勢的地方，它的靈敏度高，在中性氫巡天方面預期取得重大成果發現”。

中科院國家天文臺研究員、FAST科學委員會主任武向平院士還擔任國際大科學工程“平方公里陣列射電望遠鏡”（SKA）中國首席科學家，他說，中國射電天文學發展戰略要堅持自主研究與國際合作相結合，單口徑與干涉陣列協同發展，國內立足單口徑FAST，國際參與干涉陣列SKA，推動FAST“看得深”和SKA“看得廣”實現互補，目標是讓中國射電望遠鏡的靈敏度持續保持國際領先。

武向平透露，FAST正在醞釀給全國中小學生開放1%觀測時間，大約50個小時，徵集遴選青少年關於天文領域的奇思妙想，中小學生提出科學想法，由天文學家幫助他們來實現，併為入選孩子們創造跟科學家一起在FAST工作的機會。

針對神秘的快速射電暴（FRB）現象、中性氫宇宙研究、脈衝星搜尋等天文熱點前沿，“中國天眼”未來有何具體安排？中科院國家天文臺在新聞釋出會上也一一予以回覆。

快速射電暴FRB 121102發生在遙遠的矮星系，科學家仿王希孟“千里江山圖”繪製射電天文藝術圖。國家天文臺 供圖

——快速射電暴是射電波段最亮的持續僅幾毫秒的神秘現象，最初於2007年發現，2013年正式定名。這方面，FAST後續將充分發揮其靈敏度優勢，開展快速觸發快速射電暴後隨觀測，監測產生快速射電暴的磁星，跟進重複爆發快速射電暴，深化多波段共視觀測快速射電暴國際合作，及時跟進針對高能暫現源、特殊伽馬暴和超亮超新星的觀測，探究其物理本質。

——中性氫是宇宙中丰度最高的元素，廣泛存在於宇宙的不同時期，是不同尺度物質分佈的最佳示蹤物之一。作為探測闇弱中性氫源的天文利器，透過FAST的中性氫星系巡天力爭探測到10萬個以上星系的中性氫譜線。

目前，中科院國家天文臺研究團隊已完成中性氫星系巡天資料處理工具開發及相應準備工作，即將開始大規模的宇宙大尺度、區域性宇宙、星系間、最鄰近的星系等不同尺度巡天，旨在探索宇宙物質在不同尺度上的分佈，進一步理解暗物質屬性，解讀星系形成和演化的過程。

——脈衝星是大質量恆星死亡後的“遺骸”，一顆方糖大小的體積就有上億噸的質量，脈衝星能夠發射出高度週期性的脈衝，週期在1。4毫秒到23秒之間，是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學目標之一。

FAST配備19波束L波段接收機，是當今世界上最強大的脈衝星搜尋利器和脈衝星最高精度測時裝置，目前僅完成15%的 FAST天空覆蓋，新發現約500顆脈衝星，包括一批最闇弱的脈衝星、挑戰當代銀河系電子分佈模型的大色散量脈衝星、毫秒脈衝星、脈衝雙星、一批模式變化和消零脈衝星以及射電暫現源等。

中國天眼感知纖弱的星際磁場，科學家仿顧愷之“洛神賦圖卷”繪製射電天文藝術圖。國家天文臺 供圖

前期脈衝星觀測積累大量高價值源需後隨跟進觀測，中科院國家天文臺將充分挖掘FAST的科學潛力，透過脈衝星偏振、測時、閃爍等方法開展軌道測量、引力效應檢驗等工作，來測量脈衝星質量，檢驗脈衝星強場引力。

同時，利用FAST發現毫秒脈衝星效率非常高的優勢，開展大樣本高精度毫秒脈衝星和脈衝雙星搜尋與研究，增加中國脈衝星測時陣（CPTA）候選體，提高探測引力波靈敏度，檢驗廣義相對論、建立脈衝星時間標準，研究雙星系統的形成與演化、輻射束結構、軌道運動學等。FAST還將開啟納赫茲引力波天文學視窗，開展納赫茲引力波的直接探測研究。

中科院國家天文臺表示，“中國天眼”未來將在快速射電暴起源與物理機制、中性氫宇宙研究、脈衝星搜尋與物理研究、脈衝星測時與低頻引力波探測等方向上，不斷產出深化人類對宇宙認知的科學成果。（完）