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中国|西南山岭中的“中国天眼” 让全球科学家大开眼界

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这是一台射电望远镜的悲剧 ， 却意外令全球科研人员收获惊喜 。
去年11月 ， 由于年久失修经费不足 ， 美国国家科学基金会（NSF）宣布位于波多黎各的阿雷西博（Arecibo）望远镜退役 。 或许是巧合 ， 已服役半个多世纪、曾为世界最大单碟射电望远镜的阿雷西博在数周后意外坍塌 ， 彻底罢工了 。
世界科研人员看向地外天体的眼睛“瞎”了 ， 然而 ， 中国正在向国际科学家开放世界上最大的射电望远镜“中国天眼”（FAST） 。
在贵州平塘的大山深处 ， 隐藏着现在世界上最大的射电望远镜——500米口径球面望远镜FAST ， 它正在取代美国阿雷西博天文台的地位 ， 成为世界上唯一的同级别射电望远镜 ， 即全球唯一的“天眼” 。
FAST射电望远镜 ， 将成为全球探索宇宙波的希望 。
欧洲南方天文台（ESO）荣誉天文学家迪特里希·巴德（Dietrich Baade）教授早在去年就关注了FAST向全球科研人员开放的消息 。 他对第一财经采访人员表示：“中国将接受外国研究人员的请求 ， 这无疑对全球天文学领域的发展是一件好事 。 尤其是在阿雷西博望远镜退役后 ， FAST的意义就更为重大了 。 ”
对国际社会越来越开放
在截至2016年的53年中 ， 阿雷西博天文台一直是世界上最大的望远镜 ， 直到FAST建造完成 。 去年早些时候发生两次电缆故障后 ， 阿雷西博射电望远镜倒塌 ， 重达900吨的接收平台直接坠落到望远镜的反射盘上 ， 因无法修复而永久关闭了 。
自2011年开始建设、2016年落成启用 ， 历时三年多调试验收 ， FAST的观测范围已经能企及河外星系甚至百亿光年之外的宇宙边缘 。
2021年 ， FAST将接受希望使用该仪器进行研究的外国科学家的申请 。 FAST总工艺师、运营和发展中心主任王启明近期在接待海外媒体参观访问时表示：“FAST科学委员会将让FAST对国际社会越来越开放 。 ”
造价11亿元人民币的FAST直径500米的巨型望远镜接收盘球面能够覆盖30个足球场 ， 不仅比坍塌的阿雷西博望远镜大 ， 而且灵敏度也高出三倍 。 FAST于2020年1月开始全面运行 ， 主要工作是捕获天体尤其是脉冲星发出的无线电信号 。
FAST周围方圆5公里范围内还设有“无线电静默区域” ， 该区域禁止使用手机和计算机 。 王启明表示：“我们从阿雷西博望远镜的结构中汲取了很多灵感 ， 并逐渐对其进行改进 ， 来建造FAST望远镜 。 ”
德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家劳拉·斯皮特勒（Laura Spitler）表示 ， FAST望远镜拥有“令人印象深刻的灵敏度” ， 将有助于详细跟踪宇宙波信号的来源 。
【中国|西南山岭中的“中国天眼” 让全球科学家大开眼界】“能够使用望远镜让我感到非常兴奋 。 ”美国西弗吉尼亚大学射电天文学家莫拉·麦克劳克林（Maura McLaughlin）表示 。 她说希望用FAST研究脉冲星 ， 包括在银河系外的星系中搜寻脉冲星 ， “这些脉冲星太微弱 ， 很难用现在的望远镜看到” 。
麦克劳克林还表示 ， FAST将促进国际合作的努力 ， 从而发现时空涟漪将如何席卷整个银河系 。 国际脉冲星计时阵列（(IPTA)）正在使用世界各地的射电望远镜监视脉冲星的常规发射 ， 寻找会揭示这些低频引力波通过的畸变 。
“到2030年代 ， FAST应该已经进行了足够的灵敏度测量 ， 以研究此类波的各个来源 ， 例如超大质量黑洞的碰撞 。 ”她说 ， “这就是FAST真正发挥作用的地方 。 ”
灵敏度和分辨率“强者”
“中国天眼”开创了建造巨型射电望远镜的新模式 ， 突破了传统望远镜的工程极限 ， 采用全新设计方案、口径更大 ， 比国外同类望远镜的调试期更短 ， 远超国际惯例和同行预期 。
灵敏度和分辨率是射电望远镜的两大核心指标 。 由于星体距离地球十分遥远 ， 信号到达地球时能量微弱 ， 灵敏度是科学家发现暗弱天体的能力 ， 而要想进一步看清遥远天体的真实面貌 ， 就要依靠分辨率 。
借助“中国天眼”超高的灵敏度 ， 国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右 ， 这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力 。
FAST也是中国近年来深空探索最受全球瞩目的大科学装置 。 1993年诺贝尔物理学奖获得者约瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）教授曾在一次上海访问中对第一财经采访人员表示：“中国在天文观测大装置的建设方面成就非常大 ， ‘中国天眼’的建成只花了5年时间 ， 期待它给我们带来更多惊喜 。 ”
约瑟夫·泰勒曾在2016年FAST正式完工时亲临现场参观 。 他用“震撼”来形容这一世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜 。 借助这只巨大的“天眼” ， 科研人员可以窥探星际之间互动的信息 ， 观测暗物质 ， 测定黑洞质量 ， 甚至搜寻可能存在的星外文明 。
“中国天眼”奠基人、已故FAST工程首席科学家南仁东在评价FAST的时候曾表示 ， FAST适合前沿性和探索性的小型研究 ， 比如对脉冲星的研究 。 “一块方糖大小的脉冲星的重量就可以达到几十亿吨 。 ”南仁东曾在接受采访时说道 。
FAST一问世便捷报频传 。 从2017年10月首次发现2颗脉冲星以来 ， 到2020年1月 ， 已经发现102颗脉冲星 ， 两年的“调试阶段”中发现脉冲星的数量 ， 超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和 。
望向更深的宇宙
除了研究脉冲星 ， FAST未来还可以研究中性氢（与“宇宙大爆炸”有关）、黑洞吞噬小天体、星体演化和搜寻地外文明等 。 FAST收集的数据将有助于更好地帮助全球科学家了解宇宙的起源 ， 寻找外星生命 。
针对“中国天眼”未来应用的探索 ， 泰勒表示：“很多人都想探测暗物质和暗能量 ， 用射电望远镜的方式来进行探索 ， 对我们可能格外重要 。 ”
因发现引力波而获得2017年诺贝尔物理学奖的巴里·巴里什（Barry Barish）教授对第一财经采访人员表示 ， 目前全球有三个非常不同的项目在观测着宇宙深空 。 第一个项目就是“中国天眼”项目；第二个项目是加拿大氢强度测绘实验(CHIME)射电望远镜 ， 它由四个100米长的半圆柱形接收器组成 ， 每天都会扫描整个北半球上空 ， 2019年1月 ， 该天文望远镜侦测到来自外太空的电波；第三个项目是平方公里阵列射电望远镜项目（SKA） ， 这是一个多国共同开展的大型科学项目 ， 也被称作“世界巨眼” 。 这是一个完全数字化的射电望远镜阵列 ， 一期项目建设的投入就达到20亿美元 。 SKA项目计划2021年开建 。
根据国家天文台消息 ， 自2020年1月验收以来 ， “中国天眼”（FAST）设施运行稳定可靠 ， 取得一系列重大科学成果 ， 发现脉冲星数量超过240颗 ， 基于“中国天眼”数据发表的高水平论文达到40余篇 。 借助“中国天眼” ， 我国科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量 。
澳大利亚塔斯马尼亚大学物理学教授约翰·迪基（John Dickey）表示：“中国无疑是一个全球科学研究中心 ， 中国的研究成果令人印象深刻 ， 与北美或西欧处于同一水平 。 与世界上任何先进国家相比 ， 中国的科研人员都是领先的和有创造力的 。 ”
来自美国亚利桑那州立大学的中国科学政策专家丹尼斯·西蒙（Denis Simon）表示：“中国科学创新的进步一直很快 ， 知识的自由获取赋予了科学和工程界探索新想法的可能性 ， 并激励科研人员在研究环境中承担更大的风险 。 曾经盛行的规避风险的文化已被一种更具企业家精神的文化所取代 。 ”

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