中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)昨天(16日)通報(bào)，為進(jìn)一步鞏固我國(guó)在中低頻射電天文領(lǐng)域的核心領(lǐng)先地位，積極應(yīng)對(duì)國(guó)際同行的激烈競(jìng)爭(zhēng)，被稱為“中國(guó)天眼”的FAST正穩(wěn)步推進(jìn)升級(jí)規(guī)劃。根據(jù)方案，項(xiàng)目將在FAST周邊建設(shè)數(shù)十臺(tái)中等口徑天線，構(gòu)建全球唯一、以FAST為核心的巨型綜合孔徑陣列。
自2020年通過國(guó)家驗(yàn)收以來，F(xiàn)AST已在多個(gè)天文學(xué)前沿領(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)出突破性成果，為人類探索宇宙未知、拓展認(rèn)知邊界貢獻(xiàn)了獨(dú)具價(jià)值的中國(guó)智慧與中國(guó)方案。那么，F(xiàn)AST建設(shè)以來，取得了哪些驚人表現(xiàn)？接下來，如何進(jìn)一步升級(jí)，朝著更前沿的宇宙探索發(fā)力？
運(yùn)行六年 FAST成果多點(diǎn)開花
從2020年通過國(guó)家驗(yàn)收算起，F(xiàn)AST正式運(yùn)行已經(jīng)六年。FAST運(yùn)行和發(fā)展中心副主任孫京海表示，F(xiàn)AST多年以來一直保持在穩(wěn)定高效的運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生的科學(xué)數(shù)據(jù)逐年增長(zhǎng)。上一個(gè)完整的觀測(cè)年度，F(xiàn)AST總觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過了5400個(gè)小時(shí)，新增的科學(xué)數(shù)據(jù)量超過了17.5Pb。
孫京海：FAST一直堅(jiān)持開放共享的運(yùn)行模式，我們絕大多數(shù)的觀測(cè)時(shí)間都是用于支持常規(guī)項(xiàng)目，還有優(yōu)先重大項(xiàng)目，在本觀測(cè)季里我們還新增了重點(diǎn)項(xiàng)目的支持類別。在FAST的用戶里面，國(guó)家天文臺(tái)以外的用戶占比超過了67%，在常規(guī)項(xiàng)目的觀測(cè)里面，面向全球征集和提供的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)也超過了10%。在2025年度基于FAST的觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一系列重要的科研成果，其中就包括在脈沖星領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了罕見的毫秒脈沖星和氦星系統(tǒng)。
作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)行的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST自投入使用以來，已在納赫茲引力波探測(cè)、脈沖星搜尋、快速射電暴研究、中性氫觀測(cè)等多個(gè)前沿領(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)出突破性成果。除了這些前沿領(lǐng)域的突破，孫京海介紹，在雷達(dá)天文探索方面，科學(xué)家利用FAST開展了近地天體和小行星的探測(cè)。
孫京海：利用FAST無與倫比的高靈敏度接收能力，我們目前已經(jīng)將對(duì)月球的雷達(dá)成像分辨率從公里量級(jí)提高到了10米量級(jí)。同時(shí)還具備了一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，就是我們?cè)谶@個(gè)波段上可以穿透月球的表面，去研究月球的淺表層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為我們后續(xù)進(jìn)一步開展月球的地質(zhì)研究、資源勘探等提供了一個(gè)新的研究方式以及數(shù)據(jù)的支撐。
FAST在國(guó)內(nèi)首次探測(cè)到了多顆近地的小行星，孫京海透露，其中也包括幾顆潛在威脅的小行星。
孫京海：探測(cè)的一系列小行星里面最遠(yuǎn)的一顆距離我們超過了1200萬公里，我們通過FAST的數(shù)據(jù)分析，能夠精確地估算出小行星的尺寸形狀、自轉(zhuǎn)周期等等，同時(shí)也能夠反演出它的三維形狀，為進(jìn)一步的小行星科學(xué)研究，包括小行星的防御提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。
FAST升級(jí)進(jìn)行時(shí)：關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化
盡管FAST已經(jīng)表現(xiàn)優(yōu)異，但挑戰(zhàn)與局限始終存在。孫京海表示，為擺脫部分設(shè)備依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，團(tuán)隊(duì)正在積極開展包括高性能接收機(jī)、國(guó)產(chǎn)化鋼絲繩以及促動(dòng)器等關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化替代研究。
孫京海：通過多輪次的實(shí)驗(yàn)，證明目前國(guó)產(chǎn)化的鋼絲繩已經(jīng)能夠滿足FAST的運(yùn)行性能以及可靠性的要求。我們也計(jì)劃在下一個(gè)換繩的周期，也就是今年的三四月份，首次更換上國(guó)產(chǎn)化的鋼絲繩來支撐FAST的運(yùn)行。
此外，團(tuán)隊(duì)已完成新型饋源艙樣機(jī)的研制，新的饋源艙將更瘦、更輕，從而騰出更大空間支撐新先進(jìn)接收機(jī)的平臺(tái)安裝和部署，同時(shí)，也可以進(jìn)一步擴(kuò)大FAST的可觀測(cè)天區(qū)。預(yù)計(jì)，這一升級(jí)計(jì)劃將在2027-2028年具備實(shí)施條件。
天眼將新添“小伙伴” 巨型天眼陣列孕育中
除了針對(duì)FAST本身的升級(jí)，更為重要的是，團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃讓更多“小伙伴”加入FAST的隊(duì)伍，與它組團(tuán)探索宇宙。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)、FAST運(yùn)行和發(fā)展中心主任姜鵬指出，單口徑望遠(yuǎn)鏡在空間分辨率上存在天然局限。
姜鵬：FAST現(xiàn)在的最主要優(yōu)勢(shì)就是它的靈敏度，它們可以把更大面積的信號(hào)集中在一個(gè)點(diǎn)里頭，所以它探測(cè)暗弱信號(hào)能力更強(qiáng)，也就是說它能看到別的望遠(yuǎn)鏡看不到的天體。它可能看到這個(gè)信號(hào)，但是不知道信號(hào)具體從哪個(gè)位置或者從哪個(gè)星系過來的。
為此，F(xiàn)AST工程二期正在推進(jìn)。根據(jù)方案，該工程將在FAST周邊建設(shè)數(shù)十臺(tái)中等口徑天線，構(gòu)建全球唯一、以FAST為核心的巨型綜合孔徑陣列。姜鵬透露，2025年已完成了兩臺(tái)核心陣天線的建設(shè)，并且研制部署了常溫的低噪聲陣列接收機(jī)，同時(shí)，將兩臺(tái)天線和FAST進(jìn)行了聯(lián)合的探測(cè)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，成功獲取了干涉條紋。
姜鵬：我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了干涉條紋，包括我們研制的關(guān)鍵技術(shù)——常溫的高性能接收機(jī)技術(shù)、高精度的時(shí)頻同步技術(shù)都在上面進(jìn)行應(yīng)用了，而且實(shí)現(xiàn)成圖。所以基本上它所有的關(guān)鍵技術(shù)都做了系統(tǒng)的驗(yàn)證，驗(yàn)證了整個(gè)方案的可行性。
如果進(jìn)展順利，這一巨型陣列將在2030年完成建設(shè)。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)將徹底彌補(bǔ)單口徑望遠(yuǎn)鏡在空間分辨率上的天然局限，同時(shí)提升觀測(cè)靈敏度，實(shí)現(xiàn)綜合觀測(cè)性能的質(zhì)的飛躍。姜鵬表示，升級(jí)完成后，F(xiàn)AST將成為功能更加強(qiáng)大的“宇宙超級(jí)探針”，就像從一支粗頭的鉛筆變成一個(gè)高分辨的數(shù)碼相機(jī)。
姜鵬：它的靈敏度更高，就可以看更暗弱更遙遠(yuǎn)的天體了。我們就可以第一次把人類視野延伸到百億年前，去理解中性氫星系形成演化的歷史。從分辨率來講，可以更大能力地發(fā)揮快速射電暴“宇宙學(xué)探針”的作用，我們可以解決很多極其前沿的科學(xué)問題，比如哈勃常數(shù)危機(jī)，甚至能幫助我們尋找宇宙中迷失的重子物質(zhì)，這都是困擾學(xué)界非常久的前沿的科學(xué)問題。
升級(jí)后的FAST，將推動(dòng)我國(guó)射電天文學(xué)研究向更高水平、更深層次邁進(jìn)，持續(xù)鞏固我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，為人類探索宇宙的宏偉事業(yè)注入更持久、更強(qiáng)勁的中國(guó)力量。
監(jiān)制 | 丁飛
記者 | 朱敏
(中國(guó)之聲)