武向平院士:中國天眼FAST最終將被世界巨眼所代替

2024年3月29日發(fā)(作者：小初銜接)

武向平院士：中國天眼FAST最終將被世界巨眼所代替

兩年前，中國科學(xué)院國家天文臺在貴州成功建成了世界上最大的

單口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST，口徑500米，大家常把它叫做“天眼”，面

積有30個(gè)足球場大。FAST于2016年9月建成，目前正在調(diào)試，尚

未正式工作。但在網(wǎng)上有大量關(guān)于FAST重大發(fā)現(xiàn)的傳說，這些所謂的

重大發(fā)現(xiàn)都是不靠譜的。

（本文由科學(xué)大院根據(jù)武向平院士在中科院第十九次院士大會上

的報(bào)告整理而成，首發(fā)于科學(xué)大院）

FAST：單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的終結(jié)者

FAST的真正用途是科學(xué)研究，在調(diào)試階段，它第一次在中國國土

上發(fā)現(xiàn)了脈沖星。脈沖星是自轉(zhuǎn)的中子星，非常致密，直徑大概十公

里。中子星在1967年被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，50年之后我們終于在自己的國

土上用一口五百米的 “鍋”把它看見了。

天文望遠(yuǎn)鏡為什么要選擇射電波段作為工作波段呢？從下圖可以

看出，在無線電波段的整個(gè)波譜中，射電波段的大氣不透明度為零，

也就是說所有波段里面只有射電波段在地面上可以直接進(jìn)行天文觀測，

不需要到山上，也不需要到太空去。全球無線電波段是唯一可以實(shí)現(xiàn)

洲際聯(lián)網(wǎng)觀測的，這樣的話，全球的射電望遠(yuǎn)鏡可以連成一個(gè)網(wǎng)，只

要沒有干擾就可以工作。

到目前為止，四項(xiàng)射電波段的重大發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎，其中包

括1）脈沖星的發(fā)現(xiàn)；2）兩個(gè)脈沖星繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波輻射的發(fā)現(xiàn)；

3）大爆炸火球遺跡的發(fā)現(xiàn)；4）宇宙微波背景輻射微弱漲落的發(fā)現(xiàn)。

射電天文學(xué)的研究始于1931年，當(dāng)時(shí)人們建了一個(gè)輪子，輪子上

面放一個(gè)9.5米直徑、可以轉(zhuǎn)動的天線，使人類第一次看到了來自太空

的無線電輻射。

1937年，人們造出第一口“鍋”，口徑9.5米。它的工作波段正

好位于調(diào)頻廣播波段，使人們第一次繪制出了銀河系圖像，盡管非常

粗糙。

現(xiàn)在“鍋”越來越大，德國和美國都曾研制了最大口徑100米的

可轉(zhuǎn)動射電望遠(yuǎn)鏡。而世界上曾經(jīng)存在的最大的可動射電望遠(yuǎn)鏡口徑

達(dá)305米，自1961年建成后，它發(fā)現(xiàn)了大量成果，包括諾貝爾獎級

的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在這個(gè)“鍋”銹跡斑斑基本不能工作了。

55年以后，我們建造出FAST這樣一個(gè)口徑達(dá)500米的射電望遠(yuǎn)

鏡，可謂是建筑史上的奇跡。在這里也向工程的締造者和建設(shè)者表達(dá)

最崇高的敬意。由于建造難度巨大，再加上射電望遠(yuǎn)鏡建造觀念的變

化，F(xiàn)AST將成為單口徑射電望遠(yuǎn)鏡的終結(jié)者。

干涉陣列帶來射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)革命

為什么建FAST這么大的望遠(yuǎn)鏡？射電望遠(yuǎn)鏡追求的是高靈敏度—

—能夠收到更多光子，高分辨率——能夠看的更加清楚，大視場——

能夠看的更多的目標(biāo)。高靈敏度就需要大接受面積，高分辨率就需要

大口徑，大視場反而需要小的口徑。

FAST口徑大，靈敏度高，可以觀測到微弱的信號。缺點(diǎn)一是分辨

率低，看得遠(yuǎn)卻看不清，在最好的工作波段只有3角分，人眼的分辨

率是1角分；二是視場小，能夠看到非常暗弱的天體，目前無法實(shí)現(xiàn)

多目標(biāo)同時(shí)觀測。

為了解決射電望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)上的缺陷，早在1946年Martin Ryle想

通過射電干涉以解決這一個(gè)問題，他的這一想法獲得了諾貝爾物理學(xué)

獎。

射電干涉陣列其實(shí)就是把一堆小的天線堆在一起，每個(gè)天線都可

以接收光子，所有光子疊加起來，靈敏度就提高了。由于望遠(yuǎn)鏡的視

場由單一口徑望遠(yuǎn)鏡決定，所以小望遠(yuǎn)鏡可以看到更大范圍。同時(shí)，

布設(shè)望遠(yuǎn)鏡時(shí)距離拉開，可以使分辨率提高。這個(gè)想法可以很好地解

決望遠(yuǎn)鏡中很多的設(shè)計(jì)問題，因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

干涉陣列思想示意圖

我們試想下，如果把FAST分解會發(fā)生什么事兒？你會發(fā)現(xiàn)，它的

靈敏度沒有變，因?yàn)槊姘逡粯哟螅环直媛侍岣撸驗(yàn)榫嚯x拉開了；同

時(shí)視場變大，因?yàn)橐晥鍪敲恳粋€(gè)單塊決定，于是把望遠(yuǎn)鏡分解反而更

好。

1946年干涉陣列思想提出之后，世界上出現(xiàn)了很多大大小小的干