中國天眼（FAST）是目前世界上最大的射電天文望遠鏡。作為國家重大科技基礎設施，是觀天巨目、國之重器，實現了我國在前沿科學領域的一項重大原創突破。中國天眼已在多個研究方向產出科學成果，深化著人類對宇宙的認知。自2016年9月落成并啟用以來，科學家通過中國天眼發現的脈沖星已經超過660顆，這個數量是同一時期、國際上所有射電望遠鏡發現脈沖星總數的5倍以上。年觀測時長超5300小時，中國天眼——這一全球最大、最靈敏的射電望遠鏡幫助科學家在天文學領域取得了一系列研究成果，拓展了人類觀察宇宙的視野，成為中國科技自立自強的代表性工程。
| 中國天眼
500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST），位于中國貴州省黔南布依族苗族自治州境內，是國家“十一五”重大科技基礎設施建設項目。中國天眼是建立在一張世界上跨度最大、精確度最高且結構和工作方式都非常特殊的蜘蛛網上，這張借助50根鋼柱、670條鋼索和2225根下拉索，上面覆蓋了4450面反射鏡的大型蜘蛛網會因牽引器施加于自身的拉力而變形，倘若配合頂部的接收機共同活動，中國天眼就能有效觀測太空中不同區域中的電磁波信號，這也就是中國天眼的觀測敏感度和數據接收能力比其他國家的同類產品更為強大的原因。
| 中國天眼的科技創新
1、創建了超大型射電望遠鏡的新系統，即主動反射面、饋源支撐等系統，實現了500米的口徑反射面主動變位和饋源艙高精度定位，是射電望遠鏡建造技術的重大突破。
2、提出了適應山區復雜地形的圈梁支承形式，發明了索網形態分析的目標位形初應變補償法，研究了主動變位的索網疲勞性能，實現了大尺度、超高精度及主動變位等創新性結構設計。
3、研制了500兆帕超高應力幅及毫米級精度的結構鋼索，發明了多種大跨度、高精度施工法，突破了現場極其苛刻的復雜場地限制，實現了建設完成跨度極大、精度極高的望遠鏡主體結構。
4、發明了大尺度、高精度、高動態測量控制與安全評估技術，實現了提供反射面高精度位置信息和全天候、高精度、大尺度高采樣率的饋源支撐動態測量。
5、在管理創新方面，采用了全過程工程咨詢模式，開創了“十字形”交叉管理系統和“五維一體”的項目管理方式，實現了節能、綠色、環保等管理體系的有機融合，開啟了大科學工程建設管理的新模式。
| 中國天眼的突出貢獻
中國天眼自建成后，在快速射電暴起源與物理機制、中性氫宇宙研究、脈沖星搜尋與物理研究、脈沖星測時與低頻引力波探測等方向持續產出成果。近期宇宙中最大原子氣體結構的新發現，就是由中國科學家通過中國天眼觀測到的，相關成果已在學術期刊《自然》上發表。中國天眼能夠探測到遠離星系中心的極其稀薄的彌散原子氣體所發出的暗弱輻射，這為研究宇宙中天體的起源打開了一個嶄新的窗口。
觀測宇宙中的氣體是天體物理領域一個非常重要的研究課題，而宇宙中所有天體的起源都離不開原子氣體。據介紹，星系的主要演化過程就是不斷從宇宙空間吸收原子氣體，然后將其轉化為恒星的過程。
這項發現對研究星系及其氣體在宇宙中的演化提出了挑戰。現有理論很難解釋為什么在如此漫長的時間里，這些稀薄的原子氣體仍沒有被宇宙空間中的紫外背景輻射電離。這項觀測成果預示著，宇宙中可能存在大尺度的低密度原子氣體結構。
| 尖端領域的中國力量
在中國天眼產生的諸多科學成果中，快速射電暴是最新也是最熱的領域之一。在廣袤的宇宙中，經常出現短暫而猛烈的無線電波爆發，持續時間通常僅有幾毫秒，卻能夠釋放出相當于地球上幾百億年發電量的巨大能量。2007年，天文學家首次發現了這樣的毫秒電波——快速射電暴。迄今為止，天文學家已經觀測到了幾百例快速射電暴，并通過周邊環境的復雜程度推測其所處的演化階段。
目前，科學家對快速射電暴的物理起源、周圍環境、中心機制等尚不明晰，也缺乏對其核心區物理參數的直接觀測資料。日前，中國科學家利用中國天眼對一例位于銀河系外的快速射電暴開展了深度觀測，首次探測到距離快速射電暴中心僅1個天文單位（即太陽到地球的距離）的周邊環境的磁場變化。此項研究中，研究團隊對位于銀河系外的快速射電暴FRB20201124A進行了長期監測，在54天共計82小時時間內，觀測到了1863個爆發脈沖信號，基于這一迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本取得了若干重要發現。團隊正在進一步研究，期待找到決定快速射電暴核心物理過程和能源機制的直接觀測證據，早日揭示這一神秘宇宙現象的物理起源。
| 應用價值
1、帶動自主產業
500米口徑球面射電望遠鏡的建設涉及了眾多高科技領域，如天線制造、高精度定位與測量、高品質無線電接收機、傳感器網絡及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、大量數據存儲與處理等。FAST關鍵技術成果可應用于諸多相關領域，如大尺度結構工程、公里范圍高精度動態測量、大型工業機器人研制以及多波束雷達裝置等。500米口徑球面射電望遠鏡的建設經驗將對中國制造技術向信息化、極限化和綠色化的方向發展產生影響。
2、為國家安全做貢獻
把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數據下行速率提高幾十倍，成為國際上最精確的脈沖星計時陣，為自主導航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。進行高分辨率微波巡視，以1赫茲的分辨率診斷識別微弱的空間訊號，作為被動戰略雷達為國家安全服務。可作為“子午工程”的非相干散射雷達接收系統，提供高分辨率和觀測效率；跟蹤探測日冕物質拋射事件，服務于太空天氣預報。
3、探索宇宙
中國天眼作為一個多學科基礎研究平臺，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質和暗能量，尋找第一代天體。能研究極端狀態下的物質結構與物理規律；有希望發現奇異星和夸克星物質；發現中子星——黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質量；通過精確測定脈沖星到達時間來檢測引力波；用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明等等。
（圖片來源于網絡）
作者 | 顧俊哲 計算機科學與技術碩士，畢業后從事網絡信息收集與整理工作，關注大眾科普知識，探索前沿科技。
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