翹首以待！中國天眼FAST即將向全球天文學家開放

　來源：Nature自然科研   2019年09月26日 16:10

　　FAST的超高靈敏度將推動探測宇宙現象，包括快速射電暴和脈衝星。

　　全球最大的單口徑射電望遠鏡正在緊鑼密鼓地準備向全球天文學家開放，即將開啟高靈敏度觀測的新時代。這不僅有助於尋找引力波，還能探測到神秘又短暫的快速射電暴（FRB）。

　　

　　FAST將實現對天文現象的高精度測量。

　　500米口徑球面射電望遠鏡（簡稱FAST）位於貴州，剛剛通過了一系列技術和性能評估，有望在下個月舉行的評審會議上正式通過政府驗收，實現全面開放。FAST首席科學家李菂表示：「我們不認為接下來的階段還有任何困難，我感到萬分激動，同時又如釋重負。」

　　這項複雜的工程經歷了不少困難。先是顛覆性的設計無章可循，再到項目初期人才難覓，部分是因為它的地理位置太過偏僻。但是，這些付出所換回的科學回饋卻是巨大的。世界第二大單口徑望遠鏡是波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡（Arecibo Observatory），與之相比，FAST能收集到無線電波的面積是它的兩倍之大。

　　FAST的超大尺寸意味著它可以探測到來自宇宙各個角落的極微弱的無線電波信號，包括脈衝星（旋轉的死亡恆星核）和遙遠星系的氫。FAST還將探索射電天文學的一個前沿領域——利用無線電波定位可能存在地外生命的系外行星。

　　FAST自2016年進入調試階段，一直只有中國科學家領導的項目才能取得FAST的初始數據；但是現在，全世界的研究人員都能申請觀測時間了，上海天文台台長、中國科學院FAST監督委員會聯席主席沈志強如此表示。

　　「一想到能用FAST我就超級激動。」美國西弗吉尼亞大學射電天文學家Maura McLaughlin說。她想通過FAST研究脈衝星，尋找河外星系中脈衝星的所在位置，這些脈衝星的信號非常微弱，利用現有望遠鏡無法探測到。

　　FAST在調試階段已經發現了100多個脈衝星。

　　天空之眼

　　造價達人民幣12億元（1.71億美元）的FAST也被稱為「天眼」，位於中國西南部貴州省偏遠的大窩凼窪地。FAST直徑500米的反射面由大約4400塊獨立鋁板組成，利用2000多台機械絞車進行傾斜拼裝，讓每個單元聚焦不同的天空域。李菂說，雖然它的掃描面積沒有一些尖端射電望遠鏡來得大，解析度也不如多口徑望遠鏡陣列，但FAST的靈敏度是獨一無二。

　　今年8月和9月，FAST共探測到快速射電暴源頭121102的數百次重複爆發。李菂說，其中的許多爆發都非常微弱，用其它望遠鏡是捕捉不到的。「這是非常激動人心的好消息。」加州大學伯克利分校的快速射電暴研究人員Yunfan Gerry Zhang說。雖然沒人知道這些神秘的爆發究竟從哪而來，但「我們探測到的脈衝越多，我們離答案就越近」。

　　快速射電暴以極快的速度在看似隨機的位置轉瞬即逝，而FAST每次只能掃描天空的一小部分，因此不太可能發現許多新的快速射電暴。不過，馬克思·普朗克射電天文學研究所的天文學家Laura Spitler 認為，FAST令人驚艷的靈敏度將有助於追蹤它們的精確起源。重複觀測可以幫助科學家了解快速射電暴的誕生環境，並確定這些爆發的能量是否存在差異，或是這種重複是否有跡可尋。

　　McLaughlin說，FAST還能為一個嘗試發現銀河系時空漣漪的國際項目提供支持。這個名為「國際脈衝星計時陣」（International Pulsar Timing Array）的項目利用全球的射電望遠鏡監測脈衝星的規律輻射，從中尋找可以表明有低頻引力波經過的扭曲。

　　McLaughlin說，到本世紀30年代，FAST應將積累足夠多的高靈敏度測量數據，可以對這些引力波的不同來源進行獨立研究，比如超大質量黑洞的碰撞。她說：「那才是FAST將真正大顯身手的地方。」

　　李菂說他對太陽系系外行星的研究尤其感興趣。目前還沒有系外行星是僅僅因為射電輻射而被探測到的，而FAST具備識別微弱極化波的能力，或能填補這方面的空白。他還說，極化無線電信號也可能來自一些有磁場的行星，如果這些磁場與地球磁場相似，它們可能也具有保護潛在生命不受輻射傷害，以及維持行星大氣的能力。

　　要在FAST的寬波束中發現行星具有一定的難度，因為它們既弱又小。李菂團隊想再增加36個5米口徑望遠鏡，升級FAST的探測能力。他說，別看這些望遠鏡價格不高，也有成品可用，但它們加起來卻能將FAST的空間解析度提高100倍。

　　李菂希望FAST的運作可以很快遷移至投資2300萬美元的貴陽數據處理中心。他希望向大城市遷移可以吸引更多的技術和工程人才。

　　目前，團隊面臨的最大障礙在於如何存儲和處理FAST即將產生的海量數據。團隊正在與中國政府協商，希望能爭取到額外的經費，用於實現更多的數據存儲。他說：「好的評審結果肯定會助我們一臂之力。