The universe is full of electromagnetic signals, some coming from distant stars, galaxies, and black holes, and some from mysterious sources that are unknown. How to detect and interpret these signals is a major challenge and opportunity for astronomers. China's FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope), the world's largest single-aperture and most sensitive radio telescope, is built to uncover these cosmic mysteries.

宇宙中充满了各种各样的电磁信号，有些来自遥远的恒星、星系和黑洞，有些来自未知的神秘源头。如何探测和解读这些信号，是天文学家们面临的重大挑战和机遇。而中国天眼FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope），作为世界上最大的单口径、最灵敏的射电望远镜，正是为了解开这些宇宙之谜而建造的。

什么是FAST？

FAST是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一，位于贵州省平塘县克度镇喀斯特洼地，利用天然的凹陷地形而建，主体工程于2011年开工，2016年落成。FAST的主要部分是一个直径500米的球面反射器，由4450个可变形的三角形面板组成，相当于30个足球场大小。FAST还有一个重达30吨的馈源舱，悬挂在反射器上方140米处，可以在反射器表面移动，接收不同方向的信号。

FAST能做什么？

FAST的主要科学目标是探测和研究射电波段的各种天体现象和物理过程，包括：

脉冲星：一种高速自转、强磁场的中子星，每旋转一周就会向外界发射一次电磁脉冲信号。脉冲星可以用来研究恒星演化、引力理论、星际介质等问题。

中性氢：一种由一个质子和一个电子组成的最简单的原子，广泛分布在宇宙中。中性氢可以发出或吸收特定频率（约为1420 MHz）的射电波，称为21厘米线。通过观测21厘米线，可以了解宇宙早期结构和演化的信息。

快速射电暴（FRB）：一种持续时间极短（毫秒级）、能量极大（相当于太阳数百万年的能量）的射电脉冲现象，其起源和机制仍不清楚。有人猜测FRB可能与中子星合并、超新星爆发、黑洞碰撞等极端事件有关，也有人推测FRB可能是某种外星文明发出的信号。

FAST如何探测信号？

FAST利用其巨大的接收面积和灵敏度，在射电波段扫描天空，捕捉来自不同方向、不同距离、不同频率的信号，并将其转换为数字信号，传输到地面处理中心。在那里，科学家们利用先进的数据分析方法和算法，对信号进行处理、校准、分类、识别和解释，从而揭示信号背后的天文学意义和物理机制。

FAST有哪些成果？

自2016年9月25日正式开光以来，FAST已经取得了一系列重要的科学成果：

发现了数十颗新的脉冲星，其中一些具有特殊的物理性质，如双星系统、高磁场、高自转速等。

观测到了迄今为止最遥远、最古老、最强大的FRB，其能量是此前探测到的FRB的3.5倍，距离地球约80亿光年，其源头可能是一组正在合并的星系团。

完成了对银河系内中性氢的首次全天巡天观测，获得了高质量的21厘米线数据，为研究银河系结构和动力学提供了重要资料。

FAST的未来展望

FAST目前仍处于试运行阶段，预计2023年底将正式对世界各国科学工作者开放运行。届时，FAST将开展更多的科学项目和观测计划，探索更多的宇宙奥秘。同时，FAST也将与其他射电望远镜联合观测，形成更大的射电干涉阵列，提高观测精度和分辨率。

参考资料

[1] 煤老板. 中国天眼（FAST）介绍 [OL]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/641106248

[2] 睿见Economy. 中国天眼（FAST）总工程师姜鹏：FAST除了探测引力波，另外一个功能是建立自主可控的时间基准 [OL]. https://finance.sina.com.cn/hy/hyjz/2023-11- 22/doc-imzvnqvv0255572.shtml

[3] 人民日报. 世界最大最灵敏单口径射电望远镜——“中国天眼”，聆听宇宙的声音[N]. https://www.cas.cn/cm/202104