“中国天眼”捕宇宙“脉冲” 名副其实“天籁之音”

位于贵州平塘的500米口径球面射电望远镜（FAST）

　　它时强时弱、若隐若现，仿佛穿越亘古蛮荒而来；它源自茫茫宇宙深处，是名副其实的“天籁之音”。它就是根据脉冲星信号振幅转换为声音后制作的一段音乐，蕴含着等待破解的宇宙之谜，深邃而神秘。这段神秘“天籁之音”只有短短30秒，却是贵州平塘国际天文体验馆的“镇馆之宝”，而捕捉到脉冲星信号、探测其振幅的是“中国天眼”即500米口径球面射电望远镜（FAST），它就坐落在平塘一个被称作“大窝凼”的喀斯特地貌巨型洼坑中。
　　实现“零”的突破
　　FAST是具有中国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。2016年9月，FAST建成并开始接收来自宇宙深处的电磁波，进入试运行、调试阶段。一年来，FAST不知疲倦地扫描巡天，敏锐地捕捉各类信号，取得振奋人心的发现。10月10日，FAST团队在京举行发布会表示，“中国天眼”探测到优质脉冲星候选体达数十个，其中目前已通过系统认证的脉冲星达6颗。
　　中国科学院国家天文台在发布会上公布了其中两颗脉冲星的具体信息。一颗自转周期为1.83秒，距离地球约1.6万光年；另一颗自转周期为0.59秒，距离地球约4100光年。它们分别由FAST于今年8月22日、25日通过漂移扫描发现的。
　　FAST超乎寻常的表现一举实现了中国在脉冲星发现领域“零的突破”，为世界射电天文学发展作出了突出贡献。国际天文学界因此把更多关注的目光投向中国。正如国际知名的澳大利亚帕克斯64米射电望远镜科学主管乔治·霍布斯所说的那样，“中国天眼”的调试以及逐渐产出成果是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。
　　1967年，英国人乔斯琳·贝尔发现了新型天体脉冲星，该项发现后来获得了诺贝尔物理奖。至今，被人类发现的脉冲星至少有2700颗。研究表明，这类天体是一种高速自转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生。其密度极高，每立方厘米重达上亿吨，一块方糖大小就相当于地球上一万艘万吨巨轮的重量。脉冲星的自转周期极其稳定，其稳定度比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，被誉为自然界中最稳定的天文时钟，而精准的时钟信号是为航天器导航的必要前提，因而脉冲星也被称作人类星际航行的“灯塔”。此外，由于脉冲星是在蹋缩的超新星的残骸中发现的，对它们的观察研究有助于人类了解星体蹋缩，揭示宇宙诞生和演变的奥秘。
　　20余载成就巡天重器
　　FAST调试阶段首批成果发布会专门举行了默哀仪式，表达对FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东的哀思。就在约1个月前，FAST即将迎来落成一周年之际，他却溘然长逝，令人不胜唏嘘。为FAST工程的立项、建设和调试工作，南仁东带领团队艰苦奋斗20余载，而他也因对该工程的卓越贡献，被誉为“中国天眼之父”。
　　1993年，在东京召开的国际无线电科学联盟大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”。第二年，时任北京天文学会理事长的南仁东参与撰写并发表了《大射电望远镜国际合作计划建议书》，并提出利用喀斯特洼地作为望远镜台址，建设巨型球面望远镜。在贵州省喀斯特地形地区选址工作之后启动。他出任首席科学家兼总工程师，主持完成FAST的立项、可行性研究及初步设计工作，主编科学目标，指导各项关键技术的研究及其模型试验。
　　2011年3月，FAST在贵州省平塘县“大窝凼”洼地开工建设。2015年2月4日，FAST安装了最后一根钢索，索网制造和安装工程结束。这意味着工程支撑框架建设完成，进入了反射面面板拼装阶段。2015年11月21日，FAST馈源支撑系统进行首次升舱试验，6根钢索拖动馈源舱提升108米，并进行功能性测试。2016年7月3日，FAST最后一块反射面单元成功吊装，主体工程完工。两个多月后，FAST落成并启用。
　　由于设计和结构均无先例可循，FAST不仅在建设阶段遭遇重重困难，在调试阶段也是如此。据FAST副总工程师李菂介绍，由于调试期间只能用“漂移扫描”方式进行在脉冲星搜索，所以科研人员不得不重新设计相关软件，而在数据处理上也要花费更多时间和精力。FAST总工艺师王启明透露说，团队在各分系统联调阶段遭遇分系统间通信、算法的统一、安全协调等一系列问题，通过集中商讨、反复尝试、白天黑夜连轴转等高负荷、高强度劳动，逐个攻关成功。正是凭着这种拼搏劲头，FAST在短短一年调试期间就收获颇丰。
　　服务全球科学家
　　FAST初战告捷，接下来的两年，将继续开展调试工作，而搜寻和发现射电脉冲星仍是其核心科学目标。一方面，FAST继续在银河系进行扫描探测，发现更多信号暗弱、易被人造电磁干扰淹没的脉冲星。随着调试工作的进展，其性能有望进一步提升，它将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星，对脉冲星计时阵和探测引力波做出原创性贡献。另一方面，FAST将把观测范围向银河系外拓展。据悉，相关团队已经在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备，最早于2018年初开始进行观测尝试。
　　FAST的建设和投入使用取得丰硕成果，把中国射电天文学推向世界最前沿，开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的新阶段。“工欲善其事，必先利其器。”这突出成就昭示我们，在当今全球科技竞争空前激烈的新背景下，重大的科学突破离不开科研仪器的进步。近年来，中国在天文学领域持续发力，陆续建成了一批世界领先的高性能天文望远镜，形成了凝视太空的中国望远镜阵。
　　今年6月中旬，中国发射了硬X射线调制望远镜。这是一台已知计划中世界最高灵敏度和最强空间分辨本领的空间硬X射线望远镜，它实现了空间硬X射线高分辨巡天，发现大批高能天体和天体高能辐射新现象，并对黑洞、中子星等重要天体进行高灵敏度定向观测。
　　2012年10月低，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在上海天文台正式落成。该望远镜能够观测100多亿光年以外的天体。此外，中国还建成世界上口径最大的大视场望远镜——郭守敬望远镜、搭建南极准空间天文观测平台。
　　特别值得一提的是，上述中国着力打造的具有世界先进水平的天文望远镜设备将坚定奉行对外开放的原则，贡献给全球科学家使用。从这个意义上来说，中国在天文学领域奋进的的历程，也同时开启了世界科学家用中国原创的天文设备探索宇宙奥秘、推进人类认知的新时代。