“天眼”開放

朱國順

2021剛開年，一條好消息讓許多科學家感到振奮。被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），將于2021年4月1日正式對全球科學界開放。中國有關委員會將對申請進行評審并提出遴選建議，從8月1日起向他們分配觀測時間，預計第一年分配給國外科學家的觀測時間約占10%。

國際科學界之所以深感振奮，在于“中國天眼”作為世界最大口徑射電望遠鏡，比排在它后面的德國波恩100米望遠鏡靈敏度高約10倍，比美國阿雷西博 300米望遠鏡綜合性能高約10倍。“中國天眼”2020年1月11日正式運行后將近一年間，新發(fā)現(xiàn)脈沖星超過240顆，大大提高了人類的“視野”。“天眼”開放，未來的“眼界”值得期待，令科學家們浮想聯(lián)翩、興奮不已。

人類從懂事那天起，就對頭頂?shù)奶炜粘錆M想象和期待。“地球中心說”、“地方天圓說”、“嫦娥奔月說”等等，都寄托了人類對天空的猜測與想象，寄托了人類看清天空奧秘的期望。借助于光學望遠鏡，人們可以望見38萬公里外月球上的“山巒”與“河湖”，以及成千上萬顆閃亮的星星，但這只是宇宙間極其微不足道的一個小小角落，真正的“星辰大海”是人們的目力與光學設備遠遠無法企及的。

就像地球南北兩極可以用指南針來測定一樣，宇宙間許多星體也在不停發(fā)散電磁波，因而利用高靈敏度的設備來接收這類電磁波，就可以發(fā)現(xiàn)和定位新的星體。射電望遠鏡，就是現(xiàn)在人們尋找宇宙間新的星體、開展深空活動最重要的媒介。

在“中國天眼”誕生前，美國阿雷西博 300米望遠鏡被認為是性能最強大的，它曾在某個評選中被排在阿波羅工程之前，視作美國20世紀十大工程之首。而500米直徑的“中國天眼”誕生后，球弧形表面積達到極為震撼的25萬平方米，相當于30個足球場，靈敏度比阿雷西博高2.25倍，綜合性能是它的10倍，意味著可以發(fā)現(xiàn)至今沒有發(fā)現(xiàn)的更多星體。假設天體是在宇宙空間均勻分布的話，“中國天眼”可觀測目標數(shù)將增加約30倍，將在未來20～30年保持世界一流地位。

“中國天眼”可以承擔的使命非常繁雜，包括但不限于：發(fā)現(xiàn)脈沖星并建立脈沖星矩陣、將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣并重現(xiàn)宇宙早期圖像、將深空通信能力延伸至太陽系外緣行星并將衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收能力提高100倍、參與地外文明搜尋等。

發(fā)現(xiàn)脈沖星并建立脈沖星矩陣，是一件極為重要事情。脈沖星是快速自轉的中子星，能夠發(fā)射嚴格周期性脈沖信號，這種信號非常穩(wěn)定，如果找到一定數(shù)量的脈沖星并建立起脈沖星矩陣，可以在深空探測、星際旅行中，起到極為重要的導航作用。一般認為，“中國天眼”一年就可以發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆脈沖星，目前已發(fā)現(xiàn)了遠達1.6萬光年的脈沖星。

中性氫原子組成的星際云，會發(fā)射出21厘米（1420MHz）的特定譜線，可以通過高性能射電望遠鏡來描繪出中性氫的輻射，測出星系間重力擾動帶來的星系移動，描繪出宇宙中星系的變化。

由于“中國天眼”世界第一的靈敏度和綜合性能，它可以將深空通信能力延伸至太陽系外緣行星，將深空數(shù)據(jù)接收能力提高100倍，進而把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣。

參與地外文明搜尋，可能是最具有興奮感的事情。基于“中國天眼”極為強大的功能，有人測算，如果直徑為15萬光年的銀河系里存在外星人，最有可能發(fā)現(xiàn)“它們”信息的，就是“中國天眼”。2018年，“中國天眼”安裝并調試了專門用于地外文明搜索的后端設備，試圖從浩如煙海的電磁信號中，篩選出有用的信號。

某種意義上，鑒于“中國天眼”特別強大的功能，它還可以進行空間高分辨率微波巡視，識別微弱的空間信號，此時它就是一臺超強的被動戰(zhàn)略雷達。

“天眼”對全世界開放，是中國科技貢獻與服務于全人類的里程碑。