中國“天眼”，探索宇宙的國之利器

雪花

2018年4月28日，中國“天眼”（FAST，學名是500米口徑球面射電望遠鏡）首次發現毫秒脈沖星并得到國際認證。截至2018年9月12日，中國“天眼”已發現59顆優質的脈沖星候選體，其中有44顆已被確認為新發現的脈沖星。2021年5月，國家天文臺研究團隊利用中國“天眼”在觀測中取得的重要進展，正式發布了201顆新脈沖星的發現。

望遠鏡，是一種光學儀器，通過它可以把遠處的東西看得很清楚。可是，在“望遠鏡”前面加上“射電”二字，那又是一種什么儀器呢？原來“射電”這個字眼是從英語Radio翻譯過來的，原意是“無線電”。

顧名思義，“射電望遠鏡”就是一種利用無線電波來“觀看”遠方物體的科學儀器。我們在“觀看”二字上面打了引號，這是因為人的肉眼看不見無線電波。射電望遠鏡是通過天線、接收機以及一系列儀表，把遠處物體發射的無線電波接收進來，經過放大，然后轉變為人們眼睛可以看見的信號，例如熒光屏上的亮光、記錄儀上的曲線，或者電子計算機打印出來的數字和圖表等，然后再進行觀看的。這是一種間接的“觀看”，顯然，它和可以直接觀看的普通光學望遠鏡是大不相同的。

自然界中，許多物體都會發射無線電波，小至塵埃、電子，大至太陽、銀河。發射的無線電波有長有短，有強有弱，形形色色，花樣繁多，從古至今，連綿不斷。但是，在以前科學不發達的時代，人們“觀看”不到它們。直到一個世紀前，無線電技術發展到了相當水平，人類才第一次“觀察”到來自銀河的無線電波。

一開始，人們認為這是一種人為的干擾，經過仔細研究，發現收到的“干擾”信號正是來自銀河系的，人們這才意識到，這是人類第一次觀察到來自銀河系的無線電波。

隨著無線電技術的發展，科學家相繼發明了專門用來觀察天體發射無線電波的儀器，也就是“射電望遠鏡”，用它來研究銀河系和太陽發射的無線電波，獲得了豐富的科學資料。從此，天文學領域中一門嶄新的科學——射電天文學，也就隨之誕生了。天體發射的無線電波是如此豐富多彩，使人們大大開闊了眼界。原來僅僅作為“無線電”理解的那個字眼——Radio，自然而然地被賦予了更深一層的含義，即“天體發射的無線電波”，簡稱“射電”。我國現在統一的翻譯名稱采用“射電望遠鏡”，就已經包含了這一層含義，比起以前采用的譯名“無線電望遠鏡”要更加確切一些。

1958年，我國科學工作者制造出了第一批射電望遠鏡。其中一架直徑2.5米的射電望遠鏡，是當時正在南京大學讀書的幾名青年學生制作的，接收到了太陽的射電信號。與此同時，我國有幾個研究單位和學校也先后制成了射電望遠鏡，并分別安裝在幾個天文臺使用，還參加了1968年新疆的日全食觀測，積累了一批寶貴的太陽射電觀測資料。

最初的射電望遠鏡，天線規模不大，接收機靈敏度也不太高，只能觀測像太陽、銀河這類射電信號比較強的天體。后來，射電望遠鏡的規模越做越大，接收機的靈敏度也越來越高，接收射電信號的波長也從米波擴展到了毫米波。

為了提高射電望遠鏡的威力，科學家們用無線電波的干涉原理，把許多天線有規律地排列起來，連接成一個“陣”，叫做“射電干涉儀”或“綜合孔徑射電望遠鏡”。后來，科學家們又發明了一種使用原子鐘的射電干涉儀，天線與天線之間互不連接，但又能互相呼應，叫作“甚長基線干涉儀”，一下子把天線陣的規模從幾千米擴大到了幾千千米，甚至跨洲越洋，形成全球性的射電望遠鏡網。盡管如此，除了一些有價值的行星，我們依舊無法探測到所有的行星。

1993年日本東京召開的無線電科學聯盟大會上，包括中國在內的十國天文學家們迫切希望建造新一代射電望遠鏡，于是，中國“天眼”便應運而生。

2011年3月，中國“天眼”工程正式開工建設，借助貴州黔南天然圓形溶巖坑建造，500米口徑，其接收電波的面積相當于30個足球場那么大。它的反射鏡邊框都是1500米長的環形鋼梁建造而成，反射面總面積約25萬平方米，用于匯聚無線電波，利用接收機接收。“天眼”由4450個獨立的面板組成，擁有一個固定的直徑500米的碟形天線，它是世界上最靈敏的監聽設備，也是最大的填充口徑無線電望遠鏡。

2018年4月28日，中國“天眼”開啟工作，首次發現毫秒脈沖星，估算距離地球約4000光年，它是由“天眼”超寬帶接收機一小時跟蹤觀測發現的，是至今發現的射電流量最弱的高能毫秒脈沖星之一。

截至2018年9月12日，中國“天眼”已經發現了59個高質量的脈沖星候選，其中44個被確認為新發現的脈沖星。這些脈沖星中哪些來自外星文明，目前正在破解，很有可能會首次發現未來外星文明的存在。不僅如此，科學家還通過“天眼”對宇宙的起源進行探索研究。

其實中國“天眼”工程剛啟動時，曾遭到許多天文學家的反對，就連科學家霍金也認為它將引來巨大的災禍，原因就是“天眼”探測時所發出的信號太強大，容易被外星人探測到地球的位置，從而引發星球大戰。但事實并非如此。

隨著中國“天眼”的出現，也許在不久的將來，它會給全人類帶來更大的驚喜，一個宇宙新發現的時代即將來臨。