FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,500米口径球面射电望远镜),又称“中国天眼”,是目前世界上最大的单一口径、填充口径(即全口径均有反射面的)射电望远镜。

FAST项目首席科学家、总工程师南仁东,在1994年起,一直负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计。 2016年9月,FAST落成启用,而一年之后,南仁东便因病逝世,享年72岁。

2019年9月17日,南仁东“人民科学家”被授予国家荣誉称号。

如今,“中国天眼”正准备向世界各地的天文学家开放,这将开启一个观测能力高灵敏度时代,将有助于寻找引力波,并能探测被称为“快速射电暴”(fast radio bursts)的神秘短暂无线电波爆发。

下个月举行评估会,FAST将全面投入使用

位于中国贵州的500米口径球面射电望远镜(FAST)刚刚通过了一系列技术和性能评估,预计中国政府将在下个月举行的评估会议上,最终批准该望远镜全面投入使用。FAST的首席科学家李迪(Di Li)表示:“剩下的工作基本没什么问题了,我感到既兴奋又如释重负。”

这个复杂的项目充满挑战——最初由于其位置偏远,科技人员到这里来工作将付出很大的牺牲,但是能够参与FAST的回报是巨大的,FAST采集无线电波的范围是世界第二大单碟望远镜的两倍(位于波多黎各的阿雷西博天文台的305米射电望远镜)。

中国天眼的巨大规模意味着它可以探测到宇宙中来自各种天体的极其微弱的无线电波,比如旋转的中子星——脉冲星,又或者是遥远星系中的氢元素。它还将涉足射电天文学的前沿——利用无线电波来定位可能孕育着外星生命的系外行星。

自2016年开始测试以来,目前只有中国科学家才能参与对望远镜初步观测数据的研究项目。但上海天文台台长、中国科学院FAST监督委员会联合主席沈志强表示,现在全世界的研究人员都将可以使用其观测数据进行研究。

“能够使用这台望远镜,我感到超级兴奋。”美国摩根顿的西弗吉尼亚大学射电天文学家Maura McLaughlin说。

FAST在测试阶段已经取得了不俗的成绩,到目前为止已经发现了100多颗脉冲星。

名副其实的天空之眼

这座耗资12亿元人民币(合1.71亿美元)、历时5年建成的望远镜,被誉为“天眼”,位于中国西南部贵州省偏远的一个大洼地中。

它500米宽的碟形天线由大约4400块单独的铝板组成,有超过2000个机械绞盘用于操纵其倾角,可以聚焦天空的不同区域。李迪说,尽管FAST比其他一些尖端射电望远镜的观测视野要小,分辨率比阵列望远镜低,但FAST巨大的尺寸使其具有独特的灵敏度。

今年8月和9月,FAST检测到数百次来自代号121102的天体的快速射电暴(FRB)。李迪表示,其中许多爆发太微弱,其他望远镜无法观测到。

“这是一个非常令人兴奋的消息,”加州大学伯克利分校研究FRB的张云凡(音译)说,没有人知道是什么原因导致了这种神秘的爆发,但是“我们观测到的无线电脉冲越多,我们就能对它们了解得越多。”

FAST在同一时刻只能观测一小部分天空,这使得它不太可能发现许多新的FRB,因为这些FRB可以在来自天空的任何位置,并且稍纵即逝。但是德国波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家Laura Spitler说,FAST有着“匪夷所思的灵敏度”,这将有助于追踪详细的电波来源。

重复的观测可以让科学家了解FRB产生的环境,并能够确定每次爆发的能量是否不同,又或者是否以固定的模式发生。

McLaughlin表示,FAST还将促进一项国际合作,研究如何在引力波(时空涟漪)横扫银河系时发现它们。国际脉冲星计时阵列正在世界各地使用射电望远镜来监测脉冲星的常规爆发,寻找能够揭示这些低频引力波造成的时空畸变现象。

到本世纪30年代,FAST应该已经积累了足够的高灵敏度测量数据,可以研究这些波的某个来源,比如超大质量黑洞的碰撞。“这才是FAST真正大放异彩的时刻。”McLaughlin说。

李迪说,他对太阳系外行星的研究特别感兴趣。目前还没有任何系外行星的发现是根据其无线电波,但是FAST能够发现微弱的极化波,这使得它有机会找到第一颗系外行星。

极化的无线电信号可能来自具有磁场的行星,如果它与地球磁场相似,就能保护潜在的生命来源免受外太空辐射,并形成大气层。

在FAST的宽光束中识别一颗行星是一项巨大挑战,因为它们发出的波非常微弱和渺小。但是李迪的团队希望通过增加36个碟形天线(每个5米宽)来提高FAST的性能。他表示,尽管这些小天线成本相对较低,是现成的产品,但它们加在一起将使FAST的空间分辨率提高100倍。

李迪希望对FAST的远程操控可以很快从其附近地区迁移到位于贵阳市的一个耗资2300万美元的数据处理中心。他预计,将数据中心搬到大城市也将有助于吸引更多的技术和工程人员。

现在该团队最大的障碍是如何存储和处理望远镜产生的大量数据。他们正在与有关部门协商,以获得更多的资金用于数据存储。李迪表示,评估会的成功举办肯定会对此有所帮助。

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