中国天眼：与世界共见未来

300多颗脉冲星! 这是“中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）最新公布的探测发现成绩单。

2月5日上午，习近平总书记亲切会见“中国天眼”项目负责人和科研骨干后指出，“中国天眼”是国家重大科技基础设施，是观天巨目、国之重器，实现了我国在前沿科学领域的一项重大原创突破，以南仁东为代表的一大批科技工作者为此默默工作，无私奉献，令人感动。

今年4月1日，FAST将正式向全球科学家开放。4月1日至5月15日，向全世界征集观测项目建议，各国科学家可以通过在线方式向国家天文台提交观测申请。7月20日，公布评审结果，8月1日起，开始安排FAST观测时间。

全国政协委员、中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平接受采访时表示，“中国天眼”向世界全面开放，彰显了充分合作的理念。“中国正迎来射电天文发展的黄金时期，我们要利用这个宝贵的窗口期，做出重大的科学发现，为人类探索和认识宇宙做出贡献。”武向平说。

有望在纳赫兹引力波方面取得重大突破

遥远星空，浩瀚宇宙，充满未知的神秘。光年之外，暗物质如何分布，星系怎样演化？百亿岁宇宙，从哪里来，又将到哪里去？

宇宙的奥秘，吸引人类不断探索。回溯原初宇宙前景，正是为了更了解宇宙未来的走向，从而帮助人类找到更美好的未来。

拿脉冲星来说，其密度，每立方厘米相当于1万艘万吨巨轮的质量压缩起来。那是一个地球上无法想象的、类似科幻小说《三体》里“水滴”的世界。

从脉冲星中遴选出脉冲信号稳定的毫秒脉冲星，将来有望应用于星际导航。而探寻“地外文明”，搜寻星际通信信号，一直是个具有无穷诱惑力的科学目标。

1967年，人类发现了第一颗脉冲星。中国奋起直追，50年后，才用自己的射电望远镜FAST发现了第一颗新脉冲星。

尽管起步晚，却手拥大国重器，后来居上。

500米口径，世界最大的单口径射电望远镜；灵敏度最高，稳居世界射电望远镜之首，可有效探索的空间范围体积，远超此前最先进的射电望远镜。

拥有多个世界之最的FAST，从1994年提出建造构想，到2016年落成启用，再到完成调试，顺利运行并取得一系列科学成果，一直备受瞩目，受到全球科学界热切关注。

《科学》期刊曾多次报道FAST进展，《自然》期刊则把FAST落成列为2016年全球产生重大影响的科学事件。

能刺穿“光年之外”，刷新宇宙深空的天图；能巡视宇宙大爆炸“踪迹”，洞悉宇宙“前世”……“中国天眼”的建成、运行，不仅开启了中国人“睁眼看宇宙”的新征程，也使得人类向宇宙未知地带探索的眼力更加深邃、眼界更加开阔。

与美国的“凤凰”计划相比，“中国天眼”可将类太阳星巡视目标扩大至少5倍。

中科院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家李菂曾介绍，“天眼”在很多领域具备超强“发现力”：发现气体星系的数量有望在过去的基础上提高10倍，发现的脉冲星数量有望翻倍，有望发现新的星际分子……这使它可以验证很多科学规律，在引力理论，星系演化，恒星、行星乃至物质和生命的起源等方面，都具备突破的潜力。

从2017年10月，首次发现2颗新脉冲星，到试运行结束，公布发现102颗脉冲星，到一跃突破300颗……被誉为“中国天眼”的FAST，探测成绩的进步可谓一日千里。其发现的脉冲星数量，远超同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。

截至FAST正式运行一周年之际，基于FAST数据发表的高水平论文已达到40余篇，快速射电暴成果入选《自然》期刊公布的2020年十大科学发现。

目前，“中国天眼”已经在直径约10万光年的银河系内发现一批脉冲星，又在遥远的河外星系探测到快速射电暴和中性氢发射线。

武向平介绍，FAST综合性能全球领先，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限，可以重现宇宙不同时期的图像，探测信号最弱的脉冲星，不断扩展观测样本的数量。期待未来5年这一数字能达到1000颗，甚至能找到银河系外的第一颗脉冲星。

武向平说：“FAST脉冲星计时精度领先国际水平4倍以上，有望在纳赫兹引力波这一全世界备受关注的前沿科学探测方面取得重大突破。”

具有中国自主知识产权，拥有多项世界之最

作为世界最大的单口径射电望远镜，“中国天眼”有多大呢？

它的口径，也就是它主动反射面的直径是500米，它的反射面总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。

建设它的圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔，就用掉1万多吨钢材。反射面板尽管才1毫米厚，但也用掉了2000多吨铝合金。

“中国天眼”很牛，其广为人知的，不仅仅是它的“最大”“最灵敏”，还在于它具有中国知识产权，拥有三项自主创新：一是利用贵州天然的喀斯特巨型洼地作为台址，二是自主发明了主动变形反射面，三是自主提出轻型索拖动馈源平台和并联机器人。

被人们亲切地昵称为“大锅”的它，建设在天然的喀斯特洼坑——大窝凼。

在这里建设有多难？大窝凼下面50多米深的地方，有贵州最大的地下河——大小井岩溶地下暗河，雨水基本从暗河流走。一旦遇有极端暴雨，地下河水位上涨，“大锅”就会面临危险。工程技术人员沿洼地底部开凿泄洪隧洞，从根本上消除了洪涝风险。

馈源平台能否经受考验，直接影响着射电望远镜是否稳如泰山。

美国阿雷西博望远镜的馈源平台重达1000吨，经年累月风吹日晒，支撑的钢索没扛住老化，2020年12月发生断裂，导致平台垮塌。

而“中国天眼”采取轻型索支撑馈源平台方案，6根钢索控制的馈源舱，重量仅有30吨。通过并联机器人二级调整，在降低建造成本、提高安全性的同时，实现毫米级高精度定位。

“天眼”非凡，凝聚着中国人的智慧和汗水。

FAST开创了建造巨型望远镜的新模式，突破了传统望远镜的百米工程极限。研制建设期间，攻克了大量的超标准设计和技术难关，多项因FAST而生的技术被鉴定为国际领先水平。比如，超低损耗耐疲劳动态光缆，单条光缆可弯折超过10万次。具有超高耐疲劳性能的钢索结构，在200万次循环加载条件下的疲劳强度可达500兆帕，是目前相关标准规范的2.5倍，在国际范围内尚未见先例。这是世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。

FAST的研制建设，体现了中国自主创新能力，实现了中国大科学工程由跟踪模仿到集成创新的跨越，为中国射电天文多个研究领域和自然科学相关领域提供重大发现创造了良好机会。

多位天文学家指出，除了天文学观测以及建造望远镜带动的技术创新，“中国天眼”还将成为最精确的物理规律验证实验平台。

FAST全新结构和苛刻的技术要求，还推动了中国众多高科技领域的科技进步和产业升级，同时也促进了西部经济的繁荣和社会进步。

FAST所在的贵州，曾是“经济洼地”和“脱贫主战场”。如今，在新一轮科技革命和产业变革浪潮中，发掘出大数据等“弯道超车”产业的创新潜力。而依托中国天眼科普基地而建的天文小镇，又将迎来覆盖“中国天眼”全生命周期的数据处理中心的落户。

为让“天眼”更“明亮”，创新奋斗永不止步

重大创新、重大突破的背后，离不开FAST 团队默默无闻的辛勤付出。

20世纪90年代初，建设FAST的想法刚刚萌芽。当时，中国最大的射电望远镜口径不到30米，而口径为300多米的美国阿雷西博射电望远镜已建成30年。

差距太大了。要跨越式发展，比肩世界先进，还要为全人类叩问宇宙亘古之谜，难度有多大，可想而知。

“快一点、再快一点”，让中国人尽早用上探索宇宙的利器，是“天眼之父”南仁东生前最大的愿望，也是整个FAST团队的使命。带着这份重如山的责任，以南仁东为代表的一大批科技工作者，在20多年的时间里，扎根偏远的贵州大山深处，一次又一次攻克难关，用实际行动诠释了“追赶、领先、跨越”的FAST精神。

咬定青山不放松。

在基础弱、差距大的情况下，要想把口径500米的望远镜搭起来，其反射面总面积将达25万平方米，附近还不能有电磁信号干扰，光选址就是一大难题。

1994年起，时任中科院北京天文台副台长的南仁东从几百张卫星遥感图中反复挑选，到大山里挨个踩点，在众多喀斯特地貌中找到最接近正圆形的洼坑。2006年，借贵州黔南天然之势，南仁东终于为FAST找到了安身之地。

不破楼兰终不还。

2007年，FAST作为“十一五”重大科学装置被国家发改委批准立项，建设任务走向正轨。挑战难度也随之升级：望远镜靠6座巨型支撑塔固定；为接收来自天体的无线电波信号，可调节的反射面需要同等直径的索网支撑；用于接收电磁波的馈源舱运动范围超过200米，运动精度还要控制在毫米级别……工程任务融合天文、机械、材料、无线电等领域，每项工艺都可谓前无古人。

著名天文学家南仁东，如“老工人”一般，带领整个团队把整个大工程拆解成许多个小工程。从子系统到零部件逐层细化，再把时间、人力、经费套进此框架，给每个小工程设时间节点……

一点一点死磕，凭着满腔热血，依靠自主创新，一个难关一个难关攻破。看着倒计时赶进度，成为团队的必修课。就这样，2016年9月25日，FAST迎来整体竣工。从选址到竣工，南仁东把人生最后20余年给了FAST，创造出一个奇迹。

踏平坎坷成大道。

单口径500米的射电望远镜，只要建成，就是世界之最。FAST团队却并不满足于此。他们要建成这个世界之最，还要建得好，让这只“天眼”看得灵。

举个例子，为了让望远镜更灵敏，团队成员必须让反射面的抛物面更完美、让接收机离焦点更近。但这样的要求，近乎苛刻。FAST现场高度差150米，气压有25毫帕的变化，可能产生数毫米的误差，测量反射面的全站仪若想保证绝对精度，还要考虑地球曲率、夹角产生的误差……为保准确，FAST团队在6个月内研发出一套全新的测量技术，反射面测量精度可达1毫米以内。

自2011年开工建设起，肩负现场建设重任的FAST团队成员，就开始了日夜坚守、舍家拼搏的奉献之旅。经过不懈努力，团队快速实现了望远镜的系统集成，提前完成了功能性调试任务，并在两年时间内完成了各专业组的验收。

全国五四红旗团支部、中国青年科技奖、中国青年五四奖章集体；中国钢结构协会科学技术特等奖，中国机械工业科学技术奖一等奖，中国电子学会科技进步一等奖，中国科学院杰出科技成就奖……这支年轻的团队，有着数不清的荣誉与丰硕的授权专利和论文成果，却始终如一，不忘初心，低调地守护着“天眼”。为了让“天眼”更“明亮”，今年的春节，他们也依然坚守在岗位。如今，为了迎接4月1日正式向世界开放，他们正为提升望远镜性能、扩展望远镜的功能，确保稳定运行而更加努力。