探茫茫星際 顯天眼威力

“中國天眼”全景。國家天文臺供圖

源於磁層的快速射電暴偏振多樣性示意圖。李柯伽供圖

正式運作300天以來，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）已發現脈衝星數量超過240顆。我國科研團隊借助FAST，迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。

在廣袤的宇宙中，經常突然出現短暫並且猛烈的無線電波爆發，持續的時間只有幾毫秒，卻能釋放出太陽在一整天內釋放的能量，這就是快速射電暴。如此快速閃現的無線電波包含了什麼資訊？各國天文學家一直在尋求真相。

日前，借助被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的最新觀測，我國科學家在快速射電暴研究方面取得一系列重大成果。10月29日和11月4日，兩篇相關研究成果在《自然》雜誌發表，讓“中國天眼”再次成為射電天文學界的焦點。

有力支援高水準研究

快速射電暴如何産生？此前的理論研究主要分成兩種，一種認為這樣的毫秒射電爆發來自粒子碰撞，而另一種則認為它是粒子在強磁場中穿行産生的。

“FAST的觀測結果直接終結了爭論，通過對11次射電爆發的高靈敏度偏振信號解析，我國科研人員用直接的觀測結果否定了粒子碰撞的理論。”中國科學院國家天文臺首席研究員韓金林説。

憑藉著一系列的FAST觀測“實證”，我國相關科研團隊迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。

2019年，北京大學教授、國家天文臺研究員李柯伽團隊利用FAST探測到一例全世界僅有21例的快速射電暴重復爆FRB180301。李柯伽説：“在共計12個小時的觀測時間裏，FAST探測到15次閃現，每次電波閃現的強度曲線也各不相同，最奇妙的結果來自對11次爆發電波的高靈敏度偏振信號解析。”

李柯伽解釋：“FAST觀測的11個爆發信號中，竟然有7個毫秒閃現爆發能夠很好地解析出其偏振。令人激動的是7個偏振不僅僅是變化的，而且呈現出變化的多樣性。如此變化的偏振在早先的重復暴從來沒有看到。FAST觀測到的偏振變化多樣性明確説明，宇宙中的爆發源可能來自緻密星體磁層中的物理過程。”

今年8月，北京師範大學林琳博士、北京大學張春風博士、國家天文臺王培博士等聯合研究團隊，利用FAST觀測到銀河系中有一顆已知磁星SRG1935+2154呈現出幾十次伽馬射線爆發。

林琳説：“以FAST的高靈敏度，我們在射電波段觀測中，一個射電爆發也沒有探測到。該結果説明，宇宙中緻密天體不同波段的爆發時，物理條件非常苛刻，使得無線電與伽馬光子不能同時掃過地球。”

觀測服務超5200個機時

FAST于2016年落成，它的反射面面積相當於大約30個標準足球場，大大拓展了人類在射電波段的視野，也使中國射電天文學家終於有機會走到科學探索的最前沿。

正式運作300天以來，FAST展現的科學實力令人驚喜。FAST近一年的觀測服務超過5200個機時，超過預期目標近兩倍，累計發現脈衝星數量超過240顆，基於FAST數據發表的高水準論文達到40余篇。

“1967年，人們發現了第一顆脈衝星；直到50年後，中國人才用自己的射電望遠鏡FAST發現了第一顆新脈衝星。”FAST科學委員會主任、中科院院士武向平説，“在很短時間內，FAST已經發現了240多顆脈衝星，我們期望在未來5年，這一數字能達到1000顆，甚至能找到銀河系外的第一顆射電脈衝星。”

今年2月，FAST團隊正式啟動科學委員會遴選出的5個“優先和重大項目”，近百名科學家開始使用並處理FAST的科學數據；4月，時間分配委員會開始向國內天文界徵集自由申請項目，目前已經接到170余份申請，而且外部用戶的比例高達95.7%。

“明年，FAST還會對全世界開放。”武向平認為，未來10年，中國將迎來射電天文發展的黃金時期，“我們要利用這個寶貴的窗口期，做出重大的科學發現，為人類探索和認識宇宙做出重大貢獻。”

科學潛力將進一步顯現

巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式，給FAST提出了前所未有的技術挑戰，為此，工程團隊開展了一系列的技術攻關。FAST工程建設實現了多項自主創新，顯著推動了我國相關産業技術的革新與發展。

“FAST的先進測量技術遠不止于望遠鏡本身，在其他領域有重要的應用前景。”國家天文臺研究員、FAST總工程師姜鵬説，“比如，在高精度地礦勘探方面，可以利用慣性組件與衛星導航融合技術，為重力測量提供高精度的位置和方位姿態基準；在海洋測繪中，採用慣性組件與聲吶等測量技術融合，實現海底測繪，為勘探區作業的機器設備建立高精度的時空和姿態基準。”

隨著性能的提升，FAST的科學潛力還將進一步顯現。國家天文臺臺長、中科院院士常進説：“FAST超高靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望在短時間內實現納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數據支撐。同時它還有能力將我國深空探測及通信能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰略需求。”