“中国天眼”要升级了!为什么要升级?怎么升级?

被称为“中国天眼”的FAST正稳步推进升级规划,项目将在FAST周边建设数十台中等口径天线,构建全球唯一、以FAST为核心的巨型综合孔径阵列。

  中国科学院国家天文台昨天(16日)通报,为进一步巩固我国在中低频射电天文领域的核心领先地位,积极应对国际同行的激烈竞争,被称为“中国天眼”的FAST正稳步推进升级规划。根据方案,项目将在FAST周边建设数十台中等口径天线,构建全球唯一、以FAST为核心的巨型综合孔径阵列。

  自2020年通过国家验收以来,FAST已在多个天文学前沿领域持续产出突破性成果,为人类探索宇宙未知、拓展认知边界贡献了独具价值的中国智慧与中国方案。那么,FAST建设以来,取得了哪些惊人表现?接下来,如何进一步升级,朝着更前沿的宇宙探索发力?

  运行六年 FAST成果多点开花

  从2020年通过国家验收算起,FAST正式运行已经六年。FAST运行和发展中心副主任孙京海表示,FAST多年以来一直保持在稳定高效的运行状态,产生的科学数据逐年增长。上一个完整的观测年度,FAST总观测时长超过了5400个小时,新增的科学数据量超过了17.5Pb。

  孙京海:FAST一直坚持开放共享的运行模式,我们绝大多数的观测时间都是用于支持常规项目,还有优先重大项目,在本观测季里我们还新增了重点项目的支持类别。在FAST的用户里面,国家天文台以外的用户占比超过了67%,在常规项目的观测里面,面向全球征集和提供的观测时长也超过了10%。在2025年度基于FAST的观测数据产生了一系列重要的科研成果,其中就包括在脉冲星领域发现了罕见的毫秒脉冲星和氦星系统。

  作为我国自主设计、建造并运行的世界最大单口径射电望远镜,FAST自投入使用以来,已在纳赫兹引力波探测、脉冲星搜寻、快速射电暴研究、中性氢观测等多个前沿领域持续产出突破性成果。除了这些前沿领域的突破,孙京海介绍,在雷达天文探索方面,科学家利用FAST开展了近地天体和小行星的探测。

  孙京海:利用FAST无与伦比的高灵敏度接收能力,我们目前已经将对月球的雷达成像分辨率从公里量级提高到了10米量级。同时还具备了一个独特的优势,就是我们在这个波段上可以穿透月球的表面,去研究月球的浅表层的地质结构,为我们后续进一步开展月球的地质研究、资源勘探等提供了一个新的研究方式以及数据的支撑。

  FAST在国内首次探测到了多颗近地的小行星,孙京海透露,其中也包括几颗潜在威胁的小行星。

  孙京海:探测的一系列小行星里面最远的一颗距离我们超过了1200万公里,我们通过FAST的数据分析,能够精确地估算出小行星的尺寸形状、自转周期等等,同时也能够反演出它的三维形状,为进一步的小行星科学研究,包括小行星的防御提供了重要的数据支撑。

  FAST升级进行时:关键部件国产化

  尽管FAST已经表现优异,但挑战与局限始终存在。孙京海表示,为摆脱部分设备依赖进口的现状,团队正在积极开展包括高性能接收机、国产化钢丝绳以及促动器等关键部件的国产化替代研究。

  孙京海:通过多轮次的实验,证明目前国产化的钢丝绳已经能够满足FAST的运行性能以及可靠性的要求。我们也计划在下一个换绳的周期,也就是今年的三四月份,首次更换上国产化的钢丝绳来支撑FAST的运行。

  此外,团队已完成新型馈源舱样机的研制,新的馈源舱将更瘦、更轻,从而腾出更大空间支撑新先进接收机的平台安装和部署,同时,也可以进一步扩大FAST的可观测天区。预计,这一升级计划将在2027-2028年具备实施条件。

  天眼将新添“小伙伴” 巨型天眼阵列孕育中

  除了针对FAST本身的升级,更为重要的是,团队正计划让更多“小伙伴”加入FAST的队伍,与它组团探索宇宙。中国科学院国家天文台副台长、FAST运行和发展中心主任姜鹏指出,单口径望远镜在空间分辨率上存在天然局限。

  姜鹏:FAST现在的最主要优势就是它的灵敏度,它们可以把更大面积的信号集中在一个点里头,所以它探测暗弱信号能力更强,也就是说它能看到别的望远镜看不到的天体。它可能看到这个信号,但是不知道信号具体从哪个位置或者从哪个星系过来的。

  为此,FAST工程二期正在推进。根据方案,该工程将在FAST周边建设数十台中等口径天线,构建全球唯一、以FAST为核心的巨型综合孔径阵列。姜鹏透露,2025年已完成了两台核心阵天线的建设,并且研制部署了常温的低噪声阵列接收机,同时,将两台天线和FAST进行了联合的探测观测实验,成功获取了干涉条纹。

  姜鹏:我们已经实现了干涉条纹,包括我们研制的关键技术——常温的高性能接收机技术、高精度的时频同步技术都在上面进行应用了,而且实现成图。所以基本上它所有的关键技术都做了系统的验证,验证了整个方案的可行性。

  如果进展顺利,这一巨型阵列将在2030年完成建设。这一创新设计将彻底弥补单口径望远镜在空间分辨率上的天然局限,同时提升观测灵敏度,实现综合观测性能的质的飞跃。姜鹏表示,升级完成后,FAST将成为功能更加强大的“宇宙超级探针”,就像从一支粗头的铅笔变成一个高分辨的数码相机。

  姜鹏:它的灵敏度更高,就可以看更暗弱更遥远的天体了。我们就可以第一次把人类视野延伸到百亿年前,去理解中性氢星系形成演化的历史。从分辨率来讲,可以更大能力地发挥快速射电暴“宇宙学探针”的作用,我们可以解决很多极其前沿的科学问题,比如哈勃常数危机,甚至能帮助我们寻找宇宙中迷失的重子物质,这都是困扰学界非常久的前沿的科学问题。

  升级后的FAST,将推动我国射电天文学研究向更高水平、更深层次迈进,持续巩固我国在该领域的国际领先优势,为人类探索宇宙的宏伟事业注入更持久、更强劲的中国力量。

(来源:中国网)
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