10岁“中国天眼”正值当打之年！二期核心阵空间分辨率有望提升200倍

2026年9月，位于贵州平塘县克度镇大窝凼的500米口径球面射电望远镜（FAST，又称“中国天眼”）迎来落成第十个年头。10年来，FAST发现超过1300颗脉冲星，为纳赫兹引力波背景的存在提供重要观测证据，并在快速射电暴活动研究上取得系列突破，推动中国射电天文实现历史性跨越。对于设计寿命不少于30年的大型望远镜而言，10岁的FAST正值当打之年。

从克度镇驱车前往大窝凼，山路15公里，须穿过3道关卡。这里是国家划定的电磁波宁静区核心区，严禁携带任何具备无线电发射功能的设备，手机在关卡外便已关机封存。过了开工奠基石碑，一口银色“巨锅”嵌在群山怀抱中：周围6座百米高塔直插空中，6根粗壮长索悬吊着30吨重的馈源舱；沿水泥便道顺时针盘旋不到3公里即下到“锅底”，馈源舱悬在反射面上空约140米高处。2225根下拉索连接索网节点与地锚，地锚偶或出现在水泥便道中间，道路会因此拓宽绕行。

500米口径球面射电望远镜，又被称为“中国天眼”。图片来源：中国科学院国家天文台

FAST的诞生是一段跨越22年的深山拓荒。1993年，在国际无线电科学联盟大会上，各国天文学家联合倡议筹建下一代大射电望远镜。时任北京天文台副台长南仁东意识到，这是中国射电天文实现跨越式赶超的时代机遇。1994年，以南仁东为代表的中国天文学家正式提出利用贵州天然喀斯特洼地建设大射电望远镜的构想，随后逐步演进为独立研制一台具有主动反射面的500米口径球面射电望远镜。

为给“大锅”选址，南仁东带着青年科研人员，在贵州喀斯特群峰深处跋涉多年，考察了数百个洼地，最终选定平塘县克度镇大窝凼。这里天然的漏斗地貌为500米“大锅”提供了天然基坑，大幅减少土石方开挖量；发育良好的喀斯特地下暗河解决了暴雨排洪难题；四周耸立的峰丛则成为阻隔现代无线电电磁杂波的天然屏障。

2011年破土动工，2016年9月落成，FAST将中国工程力学与结构控制推向国际前沿。在由6670根主索编织成的500米球冠状索网上，控制系统根据目标天体方位实时计算，驱动下拉索，在反射面上动态形成一个300米口径的瞬时抛物面。其柔性馈源支撑系统仅用6根大跨度长索拖动一座直径约13米的超轻馈源舱，在140米高空、206米范围内动态定位。相对于300米的有效工作口径，13米馈源舱的遮挡效应微乎其微。

FAST运行和发展中心主任、总工程师姜鹏回忆，在FAST立项之初，国际上几乎没有先例可供借鉴，而大口径、主动变位、超轻悬索支撑，每一个设计指标都在挑战当时的工程极限。2017年9月，在FAST落成一周年之际，南仁东因肺癌恶化溘然长逝。望远镜调试与运行的重担，落在了接任总工程师的姜鹏和这个平均年龄30岁出头的年轻团队肩上。

2016年9月25日，FAST工程在大窝凼宣布落成。但设备落成并不意味着可以直接投入大规模科学观测。当时，面对总控、整控、测量、馈源舱本地、索驱动本地等5个系统与多家承建单位“各自为战”的协同难题，以及野外复杂气象条件下的测量基准校准，姜鹏带领团队投入紧张调试。更严峻的挑战来自FAST独特的物理机制：馈源支撑系统与主动反射面之间没有任何物理上的刚性连接。要让30吨重的馈源舱在百米高空迎风摆动中，与地面4450块反射面单元的毫秒级变形实现精密咬合，全靠测量与控制软件实时调遣。

大窝凼常年阴湿多雾，温差与山谷风切变交织，给反射面拟合计算带来挑战。调试期，台址变压器突遭烧毁，重新定制安装耗时整整一个月；喀斯特山体落石滚下，砸坏了反射面单元和下拉索的液压促动器；部分高精度的进口核心部件故障频发，供货周期漫长，售后维修也受制于人。面对困境，团队决定自己改、自主造，组织国内力量进行技术攻关，短时间内完成关键控制系统的升级换代与核心零部件的国产化替代。只要没有危及结构安全的极端大风天气，望远镜都能保持亚毫米级精确跟踪，实现几乎全天候、全天时的科学观测。

2019年，历时3年多，FAST提前完成全部调试指标。2020年1月11日，国家验收委员会在现场评定，FAST各项性能指标全面达到或优于验收指标，部分关键指标优于设计要求，综合性能达到国际领先水平。国家自然科学基金委数理学部原副主任董国轩回忆，在早期预研阶段，国内工业界和学术界压力极大，很多人为这么庞大复杂的柔性系统能否做成捏了一把汗。“今天看来，不仅如期建成了，而且运行得这么稳定，这给全国天文学家提供了坚强支撑。”

如今，FAST年观测机时稳定在5300小时以上，设备运行可用率超过98%，成为全球运行效率最高的大型地面射电望远镜之一。通过国家验收后，FAST迅速转入24小时不间断常态化科学运行，中国射电天文迎来丰硕收获期。

科学界最为关注的首先是脉冲星。这种大质量恒星死亡坍缩后留下的高速旋转致密天体，既是天然精密物理实验室，也是宇宙中的“时钟”。在FAST落成前，全人类才积累了2500余颗脉冲星；而FAST常态化运行数年间，便发现了超1300颗脉冲星。其中，FAST发现了一颗轨道周期仅为53分钟的致密脉冲双星系统，这是当时已知轨道周期最短的脉冲双星，其发现可能揭示双星系统从“红背蜘蛛”向“黑寡妇蜘蛛”过渡的关键演化机制。

在中性氢观测领域，对著名“斯蒂芬五重星系”展开观测时，FAST捕获到一个尺度延展达200万光年的巨型中性氢气体结构，其跨度达到银河系直径的20倍，刷新了人类发现的最大原子气体系统纪录。与此同时，FAST全天中性氢巡天任务（FASHI）第二期数据集覆盖约19500平方度天空，编目了多达156411个河外中性氢源，建成迄今全人类在射电波段规模最大、灵敏度最高的中性氢星表。

近年来，快速射电暴（FRB）研究成为天文学前沿热点。研究团队在对著名重复暴FRB 121102的监测中，于短短47天内记录到1600多次独立爆发，形成当时国际上单一源最大样本，首次完整刻画出重复快速射电暴的能量分布律；在对另一颗极度活跃的FRB 20201124A的观测中，FAST在54天内捕捉到1800余次爆发。

在更宏大的时空尺度上，利用FAST运行仅3年5个月的高质量观测数据，中国脉冲星计时阵研究团队以4.6西格玛的统计显著性，在约14纳赫兹频率附近成功探测到空间四极相关性的关键信号，为纳赫兹引力波背景的存在提供了重要观测证据。董国轩说，FAST当年确立科学目标时，核心聚焦点几乎全在脉冲星上，谁也未曾预料到后来会在快速射电暴、纳赫兹引力波等领域取得如此井喷式的重大突破。

董国轩打了个形象的比方：做科研仪器往往有两种思路，一种是必须先把科学目标想得一清二楚；另一种思路是只要把刀磨得快快的，今天碰着羊就宰羊，明天碰着牛就宰牛。“只要把‘武器库’建好，科学发展到了那一步，重大的科学问题自然就会找上门来。事先你想琢磨，其实也琢磨不清楚。”

“你不知道你会有什么发现，但你肯定会有发现——我们期待着，一定会有更多的发现。”中国科学院院士韩占文说。10岁的“中国天眼”，正是这样一把探索利刃。

站在十周年的门槛上审视FAST的未来，世界射电天文学版图正在经历新一轮巨变。当前国际射电天文学的发展重心，正越来越多地转向大规模干涉阵列——在获取极高灵敏度的同时，能够获得远超单口径望远镜的空间分辨率。

凭借世界最大的单口径接收面积，超高灵敏度是FAST无可替代的王牌。但在厘米波段，FAST单天线的分辨率在角分量级。这使得FAST虽然能够灵敏捕获遥远宇宙中极为微弱的瞬变信号，却难以直接将它们精准锁定在极其微小的特定天体或宿主星系上。姜鹏看来，这一单天线分辨率短板，在快速射电暴、暗星系巡天等前沿研究中已经给科学家造成制约，十分紧迫。“在一些前沿领域，我们观测到了信号，但更进一步的高精度定位与证认往往需要依赖欧美的高分辨率干涉阵列，甚至导致在某些突破性成果上错失先机。”姜鹏指出，通过二期核心阵建设摆脱受制于人的被动局面，正是FAST保持国际领跑地位的关键一步。

二期核心阵方案结合了单口径的极致灵敏度与干涉阵的超高分辨率：在现有FAST周边30公里范围内，建设数十台口径为40米的全可动射电望远镜，利用综合孔径干涉技术与现有500米“大锅”联合组阵。一旦完成组网，整个阵列的空间分辨率将直接提升200倍，实现真正意义上的“既看得见，又看得清”。

韩占文同样充满期待：“如果把FAST作为核心，加上周围一批望远镜组成阵列，在快速射电暴、脉冲星的精确定位，甚至寻找由黑洞与脉冲星相互绕转构成的双星系统方面，都会发挥非常重要的作用。”如今，若是再次从克度镇驱车沿着蜿蜒盘山公路前往大窝凼，摇下车窗望向苍翠峰峦，沿途至少能望见两台40米先导望远镜洁白的天线架巍然矗立在山脊。10岁的“中国天眼”正值当打之年，属于它的深空传奇才刚刚开始。