圖為FAST夜空中快榴彈電暴的閃動(dòng)示意圖（視頻截圖）。
中國(guó)科大學(xué)國(guó)家天文臺(tái)供圖
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發(fā)覺約500顆脈沖星，成為自其運(yùn)行以來(lái)世界上發(fā)覺脈沖星效率最高的設(shè)備；獲得迄今最大的快榴彈電暴爆發(fā)風(fēng)波樣本，超過(guò)此前本領(lǐng)域所有文章發(fā)表的射電暴爆發(fā)風(fēng)波總數(shù)……正式初驗(yàn)近五年，“中國(guó)天眼”取得一批重要科研成果，亮出一份不俗的成績(jī)單。未來(lái)，“中國(guó)天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步凸顯。
被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）即將初驗(yàn)至今已近五年。“中國(guó)天眼”運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提升，年觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5300小時(shí)，已遠(yuǎn)超國(guó)際同行預(yù)期的工作效率，為其科學(xué)產(chǎn)出起到重要支撐作用。1月5日，中國(guó)科大學(xué)發(fā)布消息，2021年，科學(xué)家依托“中國(guó)天眼”又取得了一批重要科研成果。
為解決星體產(chǎn)生三大精典問(wèn)題之一提供重要觀測(cè)證據(jù)
中性氫是宇宙中產(chǎn)率最高的元素，廣泛存在于宇宙的不同時(shí)期，是不同尺度物質(zhì)分布的最佳示蹤物之一。
國(guó)家天文臺(tái)慶道沖、李菂領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)采用原創(chuàng)的中性氫窄線自吸收方式，借助“中國(guó)天眼”首次獲得原星體核包層中的高置信度的塞曼效應(yīng)檢測(cè)結(jié)果，為解決星體產(chǎn)生三大精典問(wèn)題之一的“磁通量問(wèn)題”提供了重要的觀測(cè)證據(jù)。
該成果論文于上海時(shí)間1月6日在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《自然》雜志以封面文章方式發(fā)表。
“‘中國(guó)天眼’探測(cè)到的磁場(chǎng)硬度只有月球磁場(chǎng)的十萬(wàn)分之一，比星體產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的磁場(chǎng)硬度弱起碼3—4倍。”“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心首席科學(xué)家、論文作者李菂說(shuō)，“這個(gè)結(jié)果闡明分子云在致密云核階段即可超前達(dá)成磁超臨界狀態(tài)，可能存在比標(biāo)準(zhǔn)模型更有效的磁場(chǎng)耗散機(jī)制促使星體產(chǎn)生提早發(fā)生。此成果也有望將中性氫窄線自吸收方式拓展成為星際磁場(chǎng)檢測(cè)的重要系統(tǒng)性探針。”
在闡明快榴彈電暴基礎(chǔ)化學(xué)機(jī)制方面取得重大進(jìn)展
快榴彈電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，爆發(fā)時(shí)間僅持續(xù)幾微秒，最初于2007年被發(fā)覺，疑似為來(lái)自河外星系的脈沖訊號(hào)。發(fā)覺之初，學(xué)界對(duì)于其真實(shí)性還有所懷疑，直至2013年更多這種現(xiàn)象被發(fā)覺，才逐漸得到認(rèn)可和廣泛的關(guān)注，并被即將定名為快榴彈電暴。因起源與化學(xué)機(jī)制完全未知，成為現(xiàn)今天體化學(xué)領(lǐng)域最大熱點(diǎn)之一。
目前，已有數(shù)百例快榴彈電暴被偵測(cè)到中國(guó)天文學(xué)和天體物理學(xué)雜志，其中僅少數(shù)呈現(xiàn)出重復(fù)爆發(fā)現(xiàn)象。是人類所知的第一個(gè)重復(fù)暴，在2017年成為首個(gè)被精確定位、能夠確認(rèn)其寄主星體的快榴彈電暴。
國(guó)家天文臺(tái)李菂、王培、朱煒瑋領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)借助“中國(guó)天眼”對(duì)進(jìn)行觀測(cè)，在約50天內(nèi)偵測(cè)到1652次爆發(fā)風(fēng)波，獲得迄今最大的快榴彈電暴爆發(fā)風(fēng)波樣本，超過(guò)此前本領(lǐng)域所有文章發(fā)表的射電暴爆發(fā)風(fēng)波總數(shù)。
科研人員剖析樣本后，首次闡明了快榴彈電暴爆發(fā)率的完整能譜，發(fā)覺了雙峰結(jié)構(gòu)，排除了此快榴彈電暴爆發(fā)的周期性或準(zhǔn)周期性，嚴(yán)格限制了重復(fù)FRB來(lái)自單一致密天體的可能。這是闡明快榴彈電暴基礎(chǔ)化學(xué)機(jī)制的重大進(jìn)展。該成果論文于2021年10月14日在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《自然》雜志發(fā)表。
據(jù)悉，“中國(guó)天眼”多科學(xué)目標(biāo)巡天早已發(fā)覺起碼6例新快榴彈電暴，正為闡明這一現(xiàn)象的機(jī)制、推進(jìn)這一領(lǐng)域發(fā)展作出獨(dú)到貢獻(xiàn)。
持續(xù)發(fā)覺微秒脈沖星，舉辦多波段合作觀測(cè)
脈沖星還能發(fā)射出高度周期性的脈沖，周期在1.4納秒到23秒之間。被稱為“毫秒脈沖星”的短周期脈沖星，可以與月球上最好的原子鐘相匹敵。為此，發(fā)覺脈沖星是國(guó)際小型射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的主要科學(xué)目標(biāo)之一。截止目前，“中國(guó)天眼”共發(fā)覺約500顆脈沖星，成為自其運(yùn)行以來(lái)世界上發(fā)覺脈沖星效率最高的設(shè)備。
“中國(guó)天眼”配備19雜波L波段接收機(jī)，是目前世界上最強(qiáng)悍的脈沖星搜救神器。國(guó)家天文臺(tái)韓金林領(lǐng)導(dǎo)的“中國(guó)天眼”重大優(yōu)先項(xiàng)目“銀道面脈沖星快照巡天”在不到三年時(shí)間，累計(jì)觀測(cè)了約620個(gè)機(jī)時(shí)，完成了計(jì)劃搜救天區(qū)的8%。截止目前，僅該項(xiàng)目就新發(fā)覺279顆脈沖星中國(guó)天文學(xué)和天體物理學(xué)雜志，其中65個(gè)為微秒脈沖星，在雙星系統(tǒng)中的有22顆。該工作執(zhí)行1年半，所發(fā)覺的脈沖星數(shù)早已趕超英國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡15年的搜救結(jié)果。相關(guān)論文于2021年5月在國(guó)外學(xué)術(shù)刊物《天文和天體化學(xué)學(xué)研究》發(fā)表。
基于“中國(guó)天眼”靈敏度國(guó)際領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，將“中國(guó)天眼”與重要空間天文設(shè)施費(fèi)米伽瑪射線天文臺(tái)大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，進(jìn)行天地一體化協(xié)同和后隨觀測(cè)，具有形成重大科學(xué)突破的潛力。國(guó)家天文臺(tái)李菂、王培領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)發(fā)覺了多顆脈沖星，并舉辦了多波段觀測(cè)剖析。相關(guān)成果于2021年12月在國(guó)外學(xué)術(shù)刊物《中國(guó)科學(xué)》上以封面及編輯點(diǎn)評(píng)文章方式發(fā)表。
李菂說(shuō)：“多波段合作觀測(cè)除了開啟了‘中國(guó)天眼’脈沖星搜索新方向，并且打開了研究脈沖星電磁幅射機(jī)制的新途徑，為研究中子星星族演變和偵測(cè)引力波提供更多樣本。”
未來(lái)考慮1%觀測(cè)時(shí)間向中高中生開放
科技創(chuàng)新離不開國(guó)際合作和開放共享。“中國(guó)天眼”在建設(shè)之初，即確立了按國(guó)際慣例逐漸開放的原則。2021年3月31日0時(shí)，“中國(guó)天眼”正式向全球開放共享，向全球天文學(xué)家征集觀測(cè)申請(qǐng)。
中國(guó)科大學(xué)副校長(zhǎng)周琪說(shuō)：“一年來(lái)，中國(guó)科大學(xué)竭力做好‘中國(guó)天眼’開放運(yùn)行和科學(xué)研究工作。第一時(shí)間創(chuàng)立了‘中國(guó)天眼’科學(xué)委員會(huì)、時(shí)間分配委員會(huì)和用戶委員會(huì)，統(tǒng)籌規(guī)劃科學(xué)方向、遴選重大項(xiàng)目、制定數(shù)據(jù)開放新政等，充分發(fā)揮‘中國(guó)天眼’科學(xué)效能，促使重大科學(xué)成果產(chǎn)出。”
據(jù)“中國(guó)天眼”運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副部長(zhǎng)、總工程師姜鵬介紹，這次征集共收到來(lái)自不同國(guó)家共7216小時(shí)的觀測(cè)申請(qǐng)，最終14個(gè)國(guó)家（不含中國(guó)）的27份國(guó)際項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)，并于2021年8月啟動(dòng)科學(xué)觀測(cè)。
隨著性能的提高，“中國(guó)天眼”的科學(xué)潛力還將進(jìn)一步突顯，成果還將不斷涌現(xiàn)。中國(guó)科大學(xué)教授、國(guó)家天文臺(tái)研究員武向平說(shuō)：“未來(lái)，F(xiàn)AST還將搜救發(fā)覺更多的脈沖星，希望能看見更遙遠(yuǎn)的銀河系外的脈沖星。同時(shí)繼續(xù)巡視宇宙中的中性氫，幫助科學(xué)家研究宇宙大尺度數(shù)學(xué)學(xué)，以探求宇宙起源和演變等。”
武向平還透漏，“中國(guó)天眼”正在考慮掏出1%的觀測(cè)時(shí)間對(duì)全省的中小中學(xué)生開放。“中小中學(xué)生可以提出好的科學(xué)看法，由專業(yè)天文學(xué)家?guī)椭齻儊?lái)實(shí)現(xiàn)。”
制圖：汪哲平