中國天眼：探索宇宙的奧秘_最新快訊

中國天眼（FAST）是目前世界上最大的射電天文望遠鏡。作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是觀天巨目、國之重器，實現(xiàn)了我國在前沿科學(xué)領(lǐng)域的一項重大原創(chuàng)突破。中國天眼已在多個研究方向產(chǎn)出科學(xué)成果，深化著人類對宇宙的認知。自2016年9月落成并啟用以來，科學(xué)家通過中國天眼發(fā)現(xiàn)的脈沖星已經(jīng)超過660顆，這個數(shù)量是同一時期、國際上所有射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的5倍以上。年觀測時長超5300小時，中國天眼——這一全球最大、最靈敏的射電望遠鏡幫助科學(xué)家在天文學(xué)領(lǐng)域取得了一系列研究成果，拓展了人類觀察宇宙的視野，成為中國科技自立自強的代表性工程。

| 中國天眼

500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，F(xiàn)AST），位于中國貴州省黔南布依族苗族自治州境內(nèi)，是國家“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目。中國天眼是建立在一張世界上跨度最大、精確度最高且結(jié)構(gòu)和工作方式都非常特殊的蜘蛛網(wǎng)上，這張借助50根鋼柱、670條鋼索和2225根下拉索，上面覆蓋了4450面反射鏡的大型蜘蛛網(wǎng)會因牽引器施加于自身的拉力而變形，倘若配合頂部的接收機共同活動，中國天眼就能有效觀測太空中不同區(qū)域中的電磁波信號，這也就是中國天眼的觀測敏感度和數(shù)據(jù)接收能力比其他國家的同類產(chǎn)品更為強大的原因。

【資料圖】

| 中國天眼的科技創(chuàng)新

1、創(chuàng)建了超大型射電望遠鏡的新系統(tǒng)，即主動反射面、饋源支撐等系統(tǒng)，實現(xiàn)了500米的口徑反射面主動變位和饋源艙高精度定位，是射電望遠鏡建造技術(shù)的重大突破。

2、提出了適應(yīng)山區(qū)復(fù)雜地形的圈梁支承形式，發(fā)明了索網(wǎng)形態(tài)分析的目標位形初應(yīng)變補償法，研究了主動變位的索網(wǎng)疲勞性能，實現(xiàn)了大尺度、超高精度及主動變位等創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3、研制了500兆帕超高應(yīng)力幅及毫米級精度的結(jié)構(gòu)鋼索，發(fā)明了多種大跨度、高精度施工法，突破了現(xiàn)場極其苛刻的復(fù)雜場地限制，實現(xiàn)了建設(shè)完成跨度極大、精度極高的望遠鏡主體結(jié)構(gòu)。

4、發(fā)明了大尺度、高精度、高動態(tài)測量控制與安全評估技術(shù)，實現(xiàn)了提供反射面高精度位置信息和全天候、高精度、大尺度高采樣率的饋源支撐動態(tài)測量。

5、在管理創(chuàng)新方面，采用了全過程工程咨詢模式，開創(chuàng)了“十字形”交叉管理系統(tǒng)和“五維一體”的項目管理方式，實現(xiàn)了節(jié)能、綠色、環(huán)保等管理體系的有機融合，開啟了大科學(xué)工程建設(shè)管理的新模式。

| 中國天眼的突出貢獻

中國天眼自建成后，在快速射電暴起源與物理機制、中性氫宇宙研究、脈沖星搜尋與物理研究、脈沖星測時與低頻引力波探測等方向持續(xù)產(chǎn)出成果。近期宇宙中最大原子氣體結(jié)構(gòu)的新發(fā)現(xiàn)，就是由中國科學(xué)家通過中國天眼觀測到的，相關(guān)成果已在學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。中國天眼能夠探測到遠離星系中心的極其稀薄的彌散原子氣體所發(fā)出的暗弱輻射，這為研究宇宙中天體的起源打開了一個嶄新的窗口。

觀測宇宙中的氣體是天體物理領(lǐng)域一個非常重要的研究課題，而宇宙中所有天體的起源都離不開原子氣體。據(jù)介紹，星系的主要演化過程就是不斷從宇宙空間吸收原子氣體，然后將其轉(zhuǎn)化為恒星的過程。

這項發(fā)現(xiàn)對研究星系及其氣體在宇宙中的演化提出了挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有理論很難解釋為什么在如此漫長的時間里，這些稀薄的原子氣體仍沒有被宇宙空間中的紫外背景輻射電離。這項觀測成果預(yù)示著，宇宙中可能存在大尺度的低密度原子氣體結(jié)構(gòu)。

| 尖端領(lǐng)域的中國力量

在中國天眼產(chǎn)生的諸多科學(xué)成果中，快速射電暴是最新也是最熱的領(lǐng)域之一。在廣袤的宇宙中，經(jīng)常出現(xiàn)短暫而猛烈的無線電波爆發(fā)，持續(xù)時間通常僅有幾毫秒，卻能夠釋放出相當于地球上幾百億年發(fā)電量的巨大能量。2007年，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了這樣的毫秒電波——快速射電暴。迄今為止，天文學(xué)家已經(jīng)觀測到了幾百例快速射電暴，并通過周邊環(huán)境的復(fù)雜程度推測其所處的演化階段。

目前，科學(xué)家對快速射電暴的物理起源、周圍環(huán)境、中心機制等尚不明晰，也缺乏對其核心區(qū)物理參數(shù)的直接觀測資料。日前，中國科學(xué)家利用中國天眼對一例位于銀河系外的快速射電暴開展了深度觀測，首次探測到距離快速射電暴中心僅1個天文單位（即太陽到地球的距離）的周邊環(huán)境的磁場變化。此項研究中，研究團隊對位于銀河系外的快速射電暴FRB20201124A進行了長期監(jiān)測，在54天共計82小時時間內(nèi)，觀測到了1863個爆發(fā)脈沖信號，基于這一迄今為止最大的快速射電暴偏振觀測樣本取得了若干重要發(fā)現(xiàn)。團隊正在進一步研究，期待找到?jīng)Q定快速射電暴核心物理過程和能源機制的直接觀測證據(jù)，早日揭示這一神秘宇宙現(xiàn)象的物理起源。

| 應(yīng)用價值

1、帶動自主產(chǎn)業(yè)

500米口徑球面射電望遠鏡的建設(shè)涉及了眾多高科技領(lǐng)域，如天線制造、高精度定位與測量、高品質(zhì)無線電接收機、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、大量數(shù)據(jù)存儲與處理等。FAST關(guān)鍵技術(shù)成果可應(yīng)用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動態(tài)測量、大型工業(yè)機器人研制以及多波束雷達裝置等。500米口徑球面射電望遠鏡的建設(shè)經(jīng)驗將對中國制造技術(shù)向信息化、極限化和綠色化的方向發(fā)展產(chǎn)生影響。

2、為國家安全做貢獻

把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高幾十倍，成為國際上最精確的脈沖星計時陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。進行高分辨率微波巡視，以1赫茲的分辨率診斷識別微弱的空間訊號，作為被動戰(zhàn)略雷達為國家安全服務(wù)。可作為“子午工程”的非相干散射雷達接收系統(tǒng)，提供高分辨率和觀測效率；跟蹤探測日冕物質(zhì)拋射事件，服務(wù)于太空天氣預(yù)報。

3、探索宇宙

中國天眼作為一個多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代天體。能研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)；發(fā)現(xiàn)中子星——黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質(zhì)量；通過精確測定脈沖星到達時間來檢測引力波；用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明等等。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）作者 | 顧俊哲計算機科學(xué)與技術(shù)碩士，畢業(yè)后從事網(wǎng)絡(luò)信息收集與整理工作，關(guān)注大眾科普知識，探索前沿科技。

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