有一个世界第一！中国天眼到底有多牛？

“中国天眼”夜景（无人机光绘）。新华社记者 欧东衢 摄

在贵州省平塘县的一处喀斯特洼地内，坐落着世界上最大的望远镜——“中国天眼”，它的全名是500米口径球面射电望远镜（FAST），与周围山势浑然一体。

这座全球最大的单碟射电望远镜于2016年9月落成启用，2020年1月通过验收并正式开放运行，其科学目标包括观测中性氢、脉冲星、原恒星、超新星、类星体、银河系与遥远星系等任务，甚至参与地外文明的搜寻。

图为2月26日拍摄的“中国天眼”全景（维护保养期间拍摄）。

新华社记者欧东衢摄

FAST巨大的口径与采光面积赋予它无与伦比的分辨率与灵敏度，它的可变形反射面与19波束接收机也为它带来了宽视野与高效率。

在精良的硬件基础背后，还有科学家的辛勤汗水。在运维团队和科学团队的不懈努力下，FAST已经在诸多方面取得了丰硕的科学成果。试以三项最新进展说明：

脉冲星

脉冲星是高速旋转的中子星，其射电辐射束周期性扫过地球，所以呈现周期性的射电脉冲。脉冲星是大质量恒星死亡后的遗迹，对它的研究可以深入认识恒星演化机制、磁层粒子加速、高能辐射与射电辐射、验证广义相对论，并可用于建立精密时间系统、星际定位与导航、探测空间电磁环境和引力波。

图片截自央视新闻频道

从人类发现第一颗脉冲星（1967年）到FAST首次发现新脉冲星（2017年）的50年里，全世界发现的脉冲星总共不到3000颗。FAST投入运行之后，迅速扩充了脉冲星列表。截至2024年4月，FAST已经新发现了900余颗脉冲星，是国际上其他望远镜同期发现总数的3倍以上。

FAST对脉冲星的高效发现得益于它的分辨率和灵敏度，藉由对微弱射电信号的强大侦测能力，它拓展了人类对脉冲星射电强度的观测范围。在它发现的900余颗脉冲星里，大多数是其他望远镜难以发现的暗弱脉冲星，其中包括120余颗双星脉冲星、170余颗毫秒脉冲星与80颗暗弱的偶发脉冲星。

中性氢

氢是宇宙中最早形成与最丰富的元素，以中性氢的形式构成宇宙冷星际介质的主体。中性氢是星系中气体循环的重要组成部分，为恒星的形成提供原料。中性氢旋转曲线提供了暗物质存在的观测证据，同时，观测中性氢的分布情况并与宇宙微波背景进行比较，还可以研究宇宙大尺度结构，对宇宙加速膨胀的潜在推手——暗能量进行探索。

中性氢的分布范围往往远远超出光学可见的星系盘面，它的21厘米（1420兆赫）谱线，是探究星系动力学（包括星系之间以及星系与星系周介质之间的相互作用）的重要示踪信号。

因为光速有限，所以星系越远，观测到的信号越古老，越能呈现宇宙演化早期的样子。对遥远的中性氢星系的观测研究，有助于认识宇宙演化的历程。凭借极高灵敏度与19波束接收机的大视场优势，FAST对远距离和暗弱中性氢星系开展了深度“盲寻”。科学团队在先导巡天中发现了6个距离42亿光年以上的中性氢星系，是迄今通过21厘米谱线直接探测到的最远的中性氢星系样本。团队还估算了这些星系的密度，对恒星质量与恒星形成率进行了探究。

FAST发现的6个遥远中性氢星系，来自论文

快速射电暴

快速射电暴是射电波段最明亮的宇宙爆发，这种强烈的射电脉冲持续时间只有几毫秒，并且在同一个位置往往不再出现。所以，尽管自2007年首次发现以来，已经被世界各地的射电望远镜广泛记录，这些神秘信号的来源仍然不得而知。

快速射电暴具有丰富的观测参数，其中包含有关射电源和传播路径的信息，包括到达时间、能量、持续时间、带宽、极化、色散、闪烁、散射等等。但是，对于绝大多数“一闪即逝”的非重复快速射电暴而言，它们唯一的一次爆发只是时间-能量相空间中的一个点，所以难以从观测参数对其源头进行深入研究。

寻找可重复的快速射电暴，研究其时间和能量序列有助于深入了解这种宇宙爆发的起源。2019年，FAST观测到FRB 20190520B，它是继FRB 20121102A以来，人类发现的第二颗与致密持久射电源相关的可重复快速射电暴。

由于FAST对这两个射电暴的观测灵敏度和频率覆盖率都很高，科研团队可以获得比其他望远镜更完整的事件序列。通过对这两个射电暴的时间和能量进行系统检查，FAST科学团队发展出全新的分析方法，使用平卡斯指数和李雅普诺夫指数对爆发的随机性（不可预测性随时间稳定）和混沌性（不可预测性随时间增长）进行量化，并通过与各种天体事件进行比对，发现快速射电暴具有明显的随机性，与地震与太阳耀斑的较高混沌性迥然有异，从而对流行的星震触发模型提出了挑战。

两个可重复快速射电暴的随机性-混沌性分析，来自论文

结语

除了上面提到的这些最新进展之外，FAST也在绘制银河系中性氢分布、纳赫兹引力波搜寻、行星际闪烁（空间天气）、甚长基线干涉测量（VLBI）等等领域取得成果。近年来，FAST进入“多出成果”“出好成果”的阶段，FAST结出的累累硕果，和科研工作者“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的科学家精神是分不开的。我们相信在这座“中国天眼”还将持续产出重量级发现，为探索宇宙奥秘做出更多中国贡献。

作者：曲囧，通信工程师，科普资深作家

审核专家：北京天文馆研究员 刘茜

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