曾锁定30亿光年外的信号，“中国天眼”还有何作用？国外专家羡慕
中国天眼是什么？“中国天眼”，其实就是中国的一台500米口径球面射电望远镜，取其英文首字母就是FAST，人们习惯称它为“中国天眼”。建设于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中，这是属于中国的天文望远镜。
中国天眼被整体固定在一个圆形山谷里，不能自由转动，但是天眼是由许多个小单元组成的，可以通过设备控制每一个小单元的转动角度，组成指向不同方向的局部小抛物面，就相当于大碗里面嵌套一个灵活的小碗。也就是，500米的口径是不能动的，但是可以在100米口径范围内实现转动。
“遍地都是六便士，他却抬头看见了月亮”1993年，在一次各国学者汇集的天文学会议上，众多天文学家在会议上讨论，重新建立一个全球性的超级射电望远镜，探索更遥远的星际信号，以此“查漏补缺”，填补天文上的空白。
我国天文学家南仁东先生也参加了这次会议，这一次激烈的望远镜讨论激发了他在中国建造这样一个射电望远镜的想法。在1994年，南仁东先生将这个想法正式写入章程，并向国家申请批准“天眼”工程。
南仁东先生带领他的团队，花费12年时间，盘桓在贵州境内，几乎走遍了所有的洼地，所有的村寨。考核这些地方的地质条件、自然环境、山谷的大小规模、电磁波信号传播收集的物理环境等因素，最终在将近400个备选的位置选中了条件最适宜的大窝凼。
2011年3月，天眼工程正式宣布动工。2016年9月，伴随着天眼工程即将落幕，南仁东先生确诊肺癌晚期。一年后，南老师抢救无效去世。2017年10月10日，国家天文台发布了中国天眼取得的首次成果，仅仅一月之隔。
从构思开始到2016年9月建成，“中国天眼项目”大约花费22年，为天眼工程作出了巨大科学贡献。这四年来，天眼发现的脉冲星已经超过240颗。
中国天眼的功能中国天眼的整体形象看起来是一口半圆大锅，它都有哪些功能？我们费尽心机制作这么大的“锅”，难道只是为了探索“星星”？
官方说法:“将首批观测目标锁定在直径10万光年的银河系边缘，探究恒星起源的秘密”。通俗说法:戴上眼镜，看看家旁边还有谁在。
借助这只“天眼”，天文学家们可以探索宇宙间各种物质流动传递的信息，可以测量各种未知物质的质量构成，探索黑洞的神秘，甚至可以搜索太阳系、银河系之外的生命。
作为目前全球最大的望远镜，中国天眼在未来几十年暂时可以排名在全球顶级设备的位置。
中国天眼的具体功能如下：
1.天眼可以扩展探头到达的深度，将中国空间站控制的地球探索轨道延伸到太阳系外，将原本的发射速率提高100倍。
2.天眼可以对整个地球甚至宇宙进行高分辨率的巡视活动，在国家安全方面是巨大保障。3.天眼测量宇宙中脉冲星出现并到达的时间，精度可以达150纳秒，是目前最精确的测量设备。大大提高捕捉的敏捷性和定点效率，更加便于判定脉冲星的具体位置。
目前，中国天眼的功能还在加强中。如果宇宙中真的存在其他生命，一旦他们发出信号，敏锐的天眼就很可能捕捉截取。
国际科研项目“搜寻外星人计划”的首席科学家丹·沃西默最近向中方提出，希望在中国天眼加装他们的专门设备，可合作搜索宇宙中外星人大的存在信号。
中国天眼的新发现2017年，天文学家在使用天眼时，突然捕获到一个速度十分迅捷的宇宙射电的爆发信号。令人惊奇的是它竟然不是一闪而过的信号，它竟然重复出现了好几次。
天文学家立马申请多台大型射电望远镜联合精确探测这一信号源，并利用天眼设备的敏捷捕捉和记录信号的能力，进行快速追踪定位，终于将这个重复几次爆发的快速射电的爆发源定位到距离地球30亿光年外的一个星系内。这一信号与之前的信号截然不同，虽然它来路不明，但它释放出的能量和它所处的位置让人无一不叹服。
这一次围追堵截，成功收集的信号具备很高的科学研究价值。它虽然连续出现几次，但每一次存在的时间非常短暂，普通设备几乎无法捕捉，甚至会筛漏。更为重要的是，每一次信号爆发带来的能量惊人，短短时间产生的能量甚至强于太阳一天中最大释放的能量。
遗憾的是，当时对捕获到的快速射电信号展开了一系列的研究，只可惜到目前为止，它的成因和来源仍旧没有确认。但不可否认的是，这是中国天眼首战的新发现，彰显了中国天眼的实力，引得国外专家羡慕不已。
中国天眼的价值在中国天眼诞生之前，美国建造的阿雷西博射电望远镜是世界第一个巨大的望远镜。如今中国研制建设了天眼，虽然阿雷西博射电望远镜研发时间更早，在上个世纪就已经投入使用，但是中国天眼的能力远高于阿雷西博射电望远镜，况且美国的射电望眼镜在几年前已经瘫痪。
在进入2010年后，阿雷西博射电望远镜，连续遭遇了两次严重的电缆事故，再加上年久失修，被逐渐荒废。如今变得锈迹斑斑，已经彻底坍塌，就像一个巨型垃圾场一般，确实令人感到惋惜。
在世界失去阿雷西博射电望远镜后，唯一一个能对光年外目标进行探测的射电望远镜，也就只剩下了“中国天眼”，全世界所有科学家的目光也因此对准了中国。
中国建造天眼的主要目的是为了观测宇宙，探测宇宙深处的信号。随着科学上的各种规律进行探索，为科学研究提供了诸多实证数据。有可能把我国的空间探测和通讯能力延伸到太阳系的边缘。在军事安全方面，具备反侦察能力，能轻易探测到别国潜藏在中国境内的间谍飞机。
中国天眼的价值还远远不止这些，对于天文界，天眼价值巨大。
绘制宇宙精确“地图”在绘制地图方面，脉冲星是一个关键点，这也是天眼重视探测脉冲星的一点原因。
如果我们进入一片沙漠，茫茫一片，望不到尽头，我们怎么顺利返回？风一吹，所有脚印都会被掩埋。再加上，在广袤的沙漠里，指南针作用极小，如果定位系统被阻挡隔离，那是真的。一般情况下，我们会希望在进去的路上有参照物，可以设置标记，有时候是植物，有时候是枯骨，有时候是石块。总之，我们会希望存在一些点，可以作为标记。
同理，如果我们乘坐一艘宇宙飞船探索宇宙，能靠什么参照物定位？周围的恒星、卫星在遥远的宇宙里并不适合作为参照物，没有办法精准定位。天眼重点观测和寻找的脉冲星，就是目前宇宙中已知最好的定位参照物。
如果宇宙飞船进入了宇宙深处，国内宇宙联络中心不能直接观测位置时，就可以通过已经确定位置的脉冲星来测算宇宙飞船的具体位置。天眼确定的脉冲星数量越多，越容易准确地给宇宙 飞船的位置定位。
这就是天眼重大的价值之一，天眼致力于寻找脉冲星只是绘制宇宙精确地图的开始，也许将来还会发现更适合当参照物的星体，但脉冲星的定位同样影响深远。
探索宇宙起源自从人类不再是一株没有思想的蒲草，便一直在思考一个问题：我们从哪里来。国家天文台副台长郑晓年指出，研究宇宙中的中性氢可以“研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化”。 天眼的设备就有助于解决这个宇宙起源问题，因为天眼可以探寻和检测宇宙中含有的中性氢。
什么是中性氢？根据宇宙大爆炸理论，最初的宇宙非常小，聚集着极高密度的物质和能量，温度非常高。宇宙大爆炸打破了这些能量挤压在一起的平衡，四处飞溢的能量点亮了恒星，形成了笼罩着光和热的太阳，为地球的生物提供了赖以生存的光和热。
据科学家推测，宇宙大爆炸后最初几分钟内预期出现的高温高密状态极易导致氢元素的合成，当年产生的热量并不会完全消失，宇宙中残存着大量热量。这些热量安静地分布在整个宇宙中，随着宇宙那一次的爆炸带来的力，会带领着这些热量中的大量的氢元素形成恒星，还有一部分会剩下来，以中性氢原子形式继续存在，称之为中性氢。
探索地外文明天眼要做的，就是从海量杂乱的宇宙微波背景辐射中，甄别筛选出暂时不符合科学认知的、奇异的、无规律的、明显加工过的信号，看看这些信号是否由地外文明发出，以此间接推测地外文明的存在。
成为探索宇宙的“世界舞台”天眼存在的价值和意义，还不仅仅在科学界在宇宙中。这种价值连接着全球各个国家，我们作为人类命运的共同体，同时站在人类的角度，一起向宇宙发起探测。
目前，中国天眼不独属于中国，已经向世界全面开放，我们愿意和各个国家合作，甚至各个国家的科学家们，都可以申请使用中国天眼。中国天眼的价值，彰显了中国履行人类命运共同体责任与国际科学界充分合作的坚定理念。在开放合作中，中国的科学重器将更好地发挥效能和价值，促进重大科学成果产出，为全人类探索和认识宇宙作出贡献。
“天眼”带来了什么？《天眼工程》权威揭秘“中国天眼”| 读+
长江日报记者李煦
位于贵州省平塘县的“中国天眼”FAST是迄今世界最大单天线射电望远镜。建FAST的概念1993年提出，23年后在中国实现，之间有哪些罕为人知的细节和故事？建“天眼”花了多少钱，建成后又办了多少事，当地为“天眼”做了哪些牺牲，“天眼”又如何造福当地？这些，在彭勃的《天眼工程》里都能找到答案。
彭勃，1994年共同发起、提出和发展FAST中国概念，1998年任FAST项目委员会主任，2005年任FAST实验室主任，2008年任国家重大科技基础设施FAST工程副经理，2018年任中国科学院FAST重点实验室主任、贵州射电天文台台长，挂职贵州省科技厅副厅长。2019年任FAST运行和发展中心副主任。特别要说的是，他和已故的南仁东是同门师兄弟。
《天眼工程：大射电望远镜FAST追梦实录》，彭勃 著，上海科技教育出版社
“天眼”团队从零起步
办大事离不开钱。彭勃在书里详细介绍了与“天眼工程”有关的“钱事”。
1995年12月，贵州省一位副省长来到北京天文台总部，这是第一个探访“天眼”团队的贵州省领导，双方谈得很好。当晚，课题组在北大畅春园烤鸭店贵宾厅设宴。彭勃手里攥着刚批下来的2万元经费，为贵宾厅租金而心疼，为省钱，他要的酒是二锅头。南仁东当面说他“小气、抠”，彭勃笑答：这是北京真正的土酒。客人倒很开心：喝什么都是感情！
没错，这2万元就是中国“天眼工程”第一笔经费。彭勃毫不讳言，整个团队一开始就像“丐帮”，大家抓住各种机会“化缘”。1996年中科院又拨款5万元，彭勃称之为“救命钱”。到1998年，团队拿到第一笔“大钱”：400万。
国家决定工程上马的时候，批复的总投资是6.6723亿元，到工程决算，花了12亿元。之所以造价翻了一倍，主要是由于技术指标、设计方案不断修改所致。根据国际规律，大天文装置每年的运行费约为建设费的10%，据此，中国“天眼”运行30年就要花36亿元。
国家投巨额资金建“天眼”，目的是什么？
作为地面最大的单天线射电望远镜，“天眼”将为我们带来一系列突破性的科学进展。可以探索宇宙起源和演化。通过精确测定毫秒脉冲星的到达时间，“天眼”可以检测引力波。利用“天眼”观测星际分子，可以探索宇宙生命起源。利用“天眼”搜索星际通信，可以寻找地外文明。“天眼”还将主导国际甚长基线VLBI网，为天体超精细结构成像。“天眼”还可以参与国际深空探测器的定轨、遥控和通信领域的科学合作。
就拿脉冲星来说，被誉为宇宙中最精确的钟，有可能提供新的时间标准和导航系统。在天空飞行器上，对一组毫秒脉冲星实时观测，可不依赖人工信标而确定飞行器空间坐标及速度，实现自主导航。这样的定位精度不随远离地球而下降，可以作为潜在的导航技术。“天眼”是探测脉冲星的理想设备。
此外，“天眼”回答的问题不仅是天文的，也是面对人类与自然的。它在日地空间环境研究、国家安全等方面发挥着不可替代的作用。“天眼”作为威力巨大的被动雷达，可以直接截获飞行物的静电放电、反射和本身的发射信号；可以服务军民用通信、卫星定位；服务太空天气预报。
那么，中国“天眼”建成5年来，取得了哪些成果？
公元1054年，中国人观测并首次准确记载了蟹状星云超新星事件。“天眼”第一眼就望向蟹状星云，这是千年溯源，向“老祖宗”致敬。2017年8月，还处于调试期的“天眼”首次发现脉冲星，实现中国望远镜脉冲星发现“零”的突破！
2020年，基于“天眼”观测，一周时间连发了两篇《自然》期刊论文。当年12月15日，《自然》官网公布了2020年十大科学发现，“中国天眼”在快速射电暴方面的研究成果入选，这是天文学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴。
截至2021年2月，“天眼”探测到逾300颗新脉冲星，占全世界射电望远镜50年发现的脉冲星总数的约10％。彭勃在书中作出两大预言，一是“天眼”发现的脉冲星数量将超越其他射电望远镜发现的总数；二是“天眼”将催生中国诺贝尔奖级的工作成果。
“天眼”历程：从2011年的一块洼地，到2013年的工地，再到2016年落成。
机场、航线和“村村通”都为“天眼”让路
电磁波环境对于射电望远镜来说，相当于空气对于人类，是生死攸关的大事。
“天眼”的探测功能强大，就连月球上有一部手机，它都能探测到；反过来说，这种超高灵敏度让它极易受到外部移动通信、雷达、广播电台、机载无线电设备的干扰，影响数据质量，降低观测效率，最终影响科学产出。如果是强干扰，将导致“天眼”接收机饱和甚至损坏。
“天眼”团队发现，就连日光灯也会干扰接收。他们在与美国同行交流时，对方友好提醒，基地最好使用柴油车，因为汽油车的点火器对望远镜有干扰，即便是柴油车，也要注意屏蔽车载电脑。
打造一个电磁波的宁静环境，成为保障“天眼”的决定性因素。为此，当地两次立法，以“天眼”为中心，划定了半径5公里的核心保护区、半径10公里的中央协调区、半径30公里的边远协调区，采取了不同的电磁波保护措施。
为此，首先“让路”的是“村村通”工程。该工程旨在让村村通电话、乡乡能上网，无疑对“天眼”有很大影响。2005年，信息产业部、国家无线电监测中心、中国电信、“村村通”制造商以及广西、贵州有关部门召开协调会，彭勃代表天文台与会。“经过激烈讨论”，“村村通”还是服从了“天眼”大局。
然后是航线。2003年选址平塘县的时候，当地上空没有航线，当然也没有无线电导航；到2015年建设时，当地上空已经有两条民航航线，最多时每天200架次航班。这是中国经济高速发展的一个缩影，但也给“天眼”带来了隐患。
让民航航线改道，这牵涉大量成本，手续非常复杂。2016年10月，彭勃约见记者，以内参形式向上反映问题；12月，各方召开协调会，决定在“天眼”上空设置飞行管控区，现有航线移出，以后不再设置新航线；2017年8月，“改道”完成，笼罩在“天眼”上的“重度雾霾”消失，就在当晚，“天眼”第一眼就发现了一颗脉冲星！
还有机场。2012年，彭勃得到消息，与平塘县相邻的罗甸县要建机场，这当然是贵州社会经济发展的大事，但是为了“天眼”，天文台没有选择。在“罗甸机场选址走了相当长的弯路”以后，天文台发函，反对罗甸机场选址；2018年，贵州省决定，停建罗甸机场。
“天文经济”造福一方 “天眼工程”培育一代新人
贵州如此付出，“天眼”自然也反哺贵州。2013年和2016年，国家天文台先后将两颗小行星命名为“平塘星”和“黔南星”，提高了平塘县及其所属黔南州的名气。
围绕“天眼”附近的若干乡镇，打造了“天文小镇”和天文经济。
“天眼”所在的平塘县克度镇，15年前无一家旅馆、餐馆，目前已拥有近百家宾馆饭店。2016年“天眼”落成时，天文小镇上的第一家五星级宾馆——星辰天缘大酒店试营业，迎来第一批房客：诺贝尔物理学奖得主以及国内外天文台台长、中国的院士学者们。现在，天文小镇每年举办数十场大型国内外会议，中外著名科学家纷至沓来。
天文小镇助力扶贫，以星辰天缘大酒店为例，宾馆带动当地就业约100人，员工基本薪金在4000元至12000元人民币不等。宾馆的美食被冠以“天文猪蹄王”品牌，村镇的小旅馆也被冠以“星缘旅馆”之名，小镇上的天文元素无处不在。
天文小镇以日均1000人即年均30万名访客估计，若人均消费1000元，将产生3亿元人民币经济效益；事实上不止此数，2018年，访客已逾40万名！
除了看得见的经济效益，对“人”的影响是更深远的。“天眼”首先大力推动了贵州的天文学科建设。目前，全国拥有天文本科教育的高校共有16所，北京有四所，广州有两所，贵州从无到有，也有了两所！
为培养“天眼”运行本地队伍和当地高科技人才，黔南州每年选送10人到国内外大学和研究所深造，还遴选两三名优秀中学生、大学生到欧美高校进行短期学习，开启了当地“放眼未来”和“体验国外”的新渠道。
不仅如此，当地中学生有机会和诺奖级的科学家面对面交流，天文馆的两台科普大篷车“流动天文馆”行程达3万公里，奔波大约20天，给30余所中小学及单位约2.5万人，带来了关于星空、陨石、太阳系、银河系及“天眼”的丰富知识。
彭勃写道：“在贵州，也许在中国，这都是一次史无前例的大型天文科普巡展，给黔南中小学生、普通民众特别是少数民族同胞留下了深刻印象，对普及科学知识、激发学生兴趣具有深远意义。”
当年在贵州选址时，彭勃曾经偶然用照片记录下一幕，偏远的乡村小学教室的黑板上，老师用粉笔板书： “天文学家的眼睛是望远镜，医生的眼睛是显微镜，海军战士的眼睛是潜望镜。”天文学已深入贵州偏远的大山深处！
2017年，在FAST台址移民10周年回望活动中，彭勃展示出那张学校黑板板书的照片时，有人激动地打断他说：“那些是我写的！”这位当年未曾谋面的乡村小学老师叫黄章庆，他用满是老茧的手紧紧地握住了彭勃的手。
这是“天眼之缘”，是人民信仰科学、科学回报人民的象征。
【编辑：付豪】
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