圖為FAST夜空中快榴彈電暴的閃動示意圖（視頻截圖）。
中國科大學國家天文臺供圖
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發覺約500顆脈沖星，成為自其運行以來世界上發覺脈沖星效率最高的設備；獲得迄今最大的快榴彈電暴爆發風波樣本，超過此前本領域所有文章發表的射電暴爆發風波總數……正式初驗近五年，“中國天眼”取得一批重要科研成果，亮出一份不俗的成績單。未來，“中國天眼”的科學潛力還將進一步凸顯。
被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）即將初驗至今已近五年。“中國天眼”運行效率和質量不斷提升，年觀測時長超過5300小時，已遠超國際同行預期的工作效率，為其科學產出起到重要支撐作用。1月5日，中國科大學發布消息，2021年，科學家依托“中國天眼”又取得了一批重要科研成果。
為解決星體產生三大精典問題之一提供重要觀測證據
中性氫是宇宙中產率最高的元素，廣泛存在于宇宙的不同時期，是不同尺度物質分布的最佳示蹤物之一。
國家天文臺慶道沖、李菂領導的國際合作團隊采用原創的中性氫窄線自吸收方式，借助“中國天眼”首次獲得原星體核包層中的高置信度的塞曼效應檢測結果，為解決星體產生三大精典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。
該成果論文于上海時間1月6日在國際學術刊物《自然》雜志以封面文章方式發表。
“‘中國天眼’探測到的磁場硬度只有月球磁場的十萬分之一，比星體產生標準模型預測的磁場硬度弱起碼3—4倍。”“中國天眼”運行和發展中心首席科學家、論文作者李菂說，“這個結果闡明分子云在致密云核階段即可超前達成磁超臨界狀態，可能存在比標準模型更有效的磁場耗散機制促使星體產生提早發生。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檢測的重要系統性探針。”
在闡明快榴彈電暴基礎化學機制方面取得重大進展
快榴彈電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發現象，爆發時間僅持續幾微秒，最初于2007年被發覺，疑似為來自河外星系的脈沖訊號。發覺之初，學界對于其真實性還有所懷疑，直至2013年更多這種現象被發覺，才逐漸得到認可和廣泛的關注，并被即將定名為快榴彈電暴。因起源與化學機制完全未知，成為現今天體化學領域最大熱點之一。
目前，已有數百例快榴彈電暴被偵測到中國天文學和天體物理學雜志，其中僅少數呈現出重復爆發現象。是人類所知的第一個重復暴，在2017年成為首個被精確定位、能夠確認其寄主星體的快榴彈電暴。
國家天文臺李菂、王培、朱煒瑋領導的國際合作團隊借助“中國天眼”對進行觀測，在約50天內偵測到1652次爆發風波，獲得迄今最大的快榴彈電暴爆發風波樣本，超過此前本領域所有文章發表的射電暴爆發風波總數。
科研人員剖析樣本后，首次闡明了快榴彈電暴爆發率的完整能譜，發覺了雙峰結構，排除了此快榴彈電暴爆發的周期性或準周期性，嚴格限制了重復FRB來自單一致密天體的可能。這是闡明快榴彈電暴基礎化學機制的重大進展。該成果論文于2021年10月14日在國際學術刊物《自然》雜志發表。
據悉，“中國天眼”多科學目標巡天早已發覺起碼6例新快榴彈電暴，正為闡明這一現象的機制、推進這一領域發展作出獨到貢獻。
持續發覺微秒脈沖星，舉辦多波段合作觀測
脈沖星還能發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，發覺脈沖星是國際小型射電望遠鏡觀測的主要科學目標之一。截止目前，“中國天眼”共發覺約500顆脈沖星，成為自其運行以來世界上發覺脈沖星效率最高的設備。
“中國天眼”配備19雜波L波段接收機，是目前世界上最強悍的脈沖星搜救神器。國家天文臺韓金林領導的“中國天眼”重大優先項目“銀道面脈沖星快照巡天”在不到三年時間，累計觀測了約620個機時，完成了計劃搜救天區的8%。截止目前，僅該項目就新發覺279顆脈沖星中國天文學和天體物理學雜志，其中65個為微秒脈沖星，在雙星系統中的有22顆。該工作執行1年半，所發覺的脈沖星數早已趕超英國阿雷西博望遠鏡15年的搜救結果。相關論文于2021年5月在國外學術刊物《天文和天體化學學研究》發表。
基于“中國天眼”靈敏度國際領先的優勢，將“中國天眼”與重要空間天文設施費米伽瑪射線天文臺大視場望遠鏡相結合，進行天地一體化協同和后隨觀測，具有形成重大科學突破的潛力。國家天文臺李菂、王培領導的國際合作團隊發覺了多顆脈沖星，并舉辦了多波段觀測剖析。相關成果于2021年12月在國外學術刊物《中國科學》上以封面及編輯點評文章方式發表。
李菂說：“多波段合作觀測除了開啟了‘中國天眼’脈沖星搜索新方向，并且打開了研究脈沖星電磁幅射機制的新途徑，為研究中子星星族演變和偵測引力波提供更多樣本。”
未來考慮1%觀測時間向中高中生開放
科技創新離不開國際合作和開放共享。“中國天眼”在建設之初，即確立了按國際慣例逐漸開放的原則。2021年3月31日0時，“中國天眼”正式向全球開放共享，向全球天文學家征集觀測申請。
中國科大學副校長周琪說：“一年來，中國科大學竭力做好‘中國天眼’開放運行和科學研究工作。第一時間創立了‘中國天眼’科學委員會、時間分配委員會和用戶委員會，統籌規劃科學方向、遴選重大項目、制定數據開放新政等，充分發揮‘中國天眼’科學效能，促使重大科學成果產出。”
據“中國天眼”運行和發展中心常務副部長、總工程師姜鵬介紹，這次征集共收到來自不同國家共7216小時的觀測申請，最終14個國家（不含中國）的27份國際項目獲得批準，并于2021年8月啟動科學觀測。
隨著性能的提高，“中國天眼”的科學潛力還將進一步突顯，成果還將不斷涌現。中國科大學教授、國家天文臺研究員武向平說：“未來，FAST還將搜救發覺更多的脈沖星，希望能看見更遙遠的銀河系外的脈沖星。同時繼續巡視宇宙中的中性氫，幫助科學家研究宇宙大尺度數學學，以探求宇宙起源和演變等。”
武向平還透漏，“中國天眼”正在考慮掏出1%的觀測時間對全省的中小中學生開放。“中小中學生可以提出好的科學看法，由專業天文學家幫助她們來實現。”
制圖：汪哲平