「中國天眼」成中低頻射電領域觀天利器

轉自：千龍網

近日，我國天文學家利用「中國天眼」（即500米口徑球面射電望遠鏡，英文簡稱FAST）發現了脈衝星輻射新形態——矮脈衝輻射，並揭示了脈衝星輻射瀕臨熄滅時其磁層結構基本不變的物理事實。這一成果的發表，為「中國天眼」的「成績單」再添一筆。中國科學院國家天文臺研究員、「中國天眼」總工程師姜鵬告訴記者，擁有着高定位精度、高靈敏度的「中國天眼」，已成為我國天文學研究不可或缺的助力。

　賦能高質量科學研究

據瞭解，當前「中國天眼」已進入成果爆發期，今年以來發布多個重要成果。

6月21日，國際學術期刊《自然》在線發表了「中國天眼」取得的一項重要成果。該成果研究團隊利用「中國天眼」發現了一個其軌道周期僅為53分鍾的脈衝星雙星系統，這也是目前發現軌道周期最短的脈衝星雙星系統。這一系統的發現，填補了蜘蛛類脈衝星系統演化模型的重要缺失環節，有助於人類進一步理解蜘蛛類脈衝星的形成和演化機制。《自然》期刊審稿人評價稱，該成果發現了一個非常有趣的脈衝星雙星系統，使得脈衝星雙星系統的軌道周期最短紀錄縮短了約30%，預示着蜘蛛類脈衝星演化中存在新的未知過程。

此外，利用「中國天眼」，由中國科學院國家天文臺等單位的科研人員組成的中國脈衝星測時陣列（CPTA）研究團隊還探測到了納赫茲引力波存在的關鍵性證據。在此項研究中，CPTA研究團隊利用「中國天眼」對57顆毫秒脈衝星進行了長期系統性監測，基於獨立開發的軟件，對時間跨度為3年5個月的數據進行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平（即誤報率小於五十萬分之一）上發現了具有納赫茲引力波特徵的四極相關信號的證據。未來通過研究納赫茲引力波，人們可以研究廣義相對論在極端條件下的適用性、推斷宇宙中黑洞的演化歷史，並有可能發現新的物理現象。這一成果的發表，在天文學領域具有重大意義，繼續保持了我國在低頻射電天文學方面的國際領先地位。

截至目前，「中國天眼」已發現800余顆新脈衝星，基於「中國天眼」的數據在《自然》（含子刊）、《科學》（含子刊）雜誌上發表的高水平研究論文已達16篇，其中多項成果分別入選了《自然》評選的「2020年十大科學發現」、《科學》評選的「2020年十大科學突破」，以及2021年度和2022年度「中國科學十大進展」，並有三項研究成果入選美國天文學會亮點研究成果。

　自主創新奠定技術優勢

「中國天眼」能取得諸多成果，離不開其在技術上的優越性。姜鵬表示，「中國天眼」具有自主的技術創新。

「第一，‘中國天眼’採用了主動變形的反射面，可以在局部形成一個拋物面，從而改變球差，保證瞭望遠鏡的觀測帶寬。如果用其他方式，比如線饋這種方式，會影響到望遠鏡的帶寬。」姜鵬説，反射面所具備的主動變位功能，令其可以在觀測過程中實現由球面到拋物面的連續變位。與先前的射電望遠鏡相比，「中國天眼」不但更大而且更加靈活，它可利用自身反射面的不同區域形成瞬時拋物面，進而通過小型饋源裝置獲取來自天空不同區域的信號，這更有利於它追蹤移動天體。這一技術的應用，大幅提高了「中國天眼」的天空覆蓋範圍和靈敏度，使其能夠接收到更加微弱的射電信號，探測更寬廣的宇宙深空。

「第二，‘中國天眼’採用了輕量化的饋源支撐系統設計，這可以減少支撐結構本身對反射面的遮擋，讓更多的電磁波通過反射面匯聚到望遠鏡內部，形成更大的信號，從而提升天線的收集效率。」姜鵬説。據瞭解，這一創新設計以6根大跨度的柔索驅動設計方案代替美國阿雷西博望遠鏡的剛性背架支撐結構方案，以柔性結構代替剛性結構，使結構形式大大簡化，實現了饋源的毫米級動態定位精度。

「在中低頻射電領域，‘中國天眼’目前的成果數量還是比較突出的。天文學是一個發現學科，想要發表成果，就不能重複別人做過的東西、必須要去解決新的問題。‘中國天眼’所擁有的一系列特性，使得它解決了許多其他望遠鏡不太容易解決的問題，從而催生出一系列成果。」姜鵬表示，在未來幾年內，「中國天眼」依舊會在中低頻射電領域保持國際領先地位，也會持續產出更多的天文學成果。