​中国天眼

究竟是什么呀？

在贵州平塘的深山中

有一个“大锅”

它的直径足足500米

不对，跑偏了，跑偏了……

这“大锅”不煮饭

它的作用是搜寻脉冲星、探测星际分子

甚至寻找外星文明！

它有一个极其威武的名字

世界最大的单口径射电望远镜

【500米口径球面射电天文望远镜】

又被习近平总书记称为

“中国天眼”

9月13日，2021年广州“院士专家校园行”活动走进广州市天河区华融小学。活动邀请了广州大学天文系副教授刘怡，以“中国天眼”的故事为主题，用生动、有趣的语言，给该校师生讲述其建造过程、建造意义、科学研究及其建设者的感人故事，激发同学们对天文学的好奇心，播下一颗渴望探索未知宇宙的科学种子，弘扬不畏艰难险阻、攻坚克难的科学家精神。

特邀专家

刘 怡

广州大学天文系副教授、天体物理中心成员，主要研究天文数据处理方法研究、大样本分析，活动星系核、脉冲星和行星状星云，参与多项国家自然科学基金项目研究；在国内外学术期刊发表多篇论文，2010年曾获教育部科学研究优秀成果奖二等奖，现任广东天文学会理事，广州市科普基地天文科普讲师。

什么是“中国天眼”

FAST望远镜全景（图片来源：FAST工程）

“中国天眼”全称为500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）。其利用贵州天然喀斯特洼地作为望远镜台址，建造的世界第一大单口径射电望远镜——500米口径球冠状主动反射面射电望远镜，以实现大天区面积、高精度的射电天文观测。2016年9月25日，500米口径球面射电望远镜正式落成启用，由中国科学院国家天文台主导建设。

天文望远镜的种类有很多种：高能望远镜、紫外望远镜、光学望远镜、红外望远镜和射电望远镜。而FAST就是射电望远镜。

射电望远镜

射电望远镜（radio telescope）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。20世纪60年代天文学取得了四项非常重要的发现：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子，被称为“四大发现”。这四项发现都与射电望远镜有关。

那为什么“中国天眼”会长成一口锅的样子？看着有点像信号接收器……

图为上海天马望远镜，是65米口径全方位可动的大型射电天文望远镜。

射电望远镜的基本原理和锅式卫星天线差不多，在抛物面状主反射面的焦点处放置接收机，当宇宙天体中不可见的射电波遇到抛物面反射后，会汇聚到接收机，接收机将这些射电波采集、转化成可供记录、显示的形式，被终端设备记录下来，并按特定的要求进行某些处理然后显示出来。抛物面的面积越大，汇集的信号就越多，也就越能探测到更暗弱、更遥远的天体。

作为世界最大的单口径射电望远镜，“中国天眼”究竟有多大？

“中国天眼”总面积相当于30个标准足球场。绕着FAST转一圈，有1.5公里。位于德国波恩的大型精密可跟踪抛物面射电望远镜直径为100米，而比较著名的美国阿雷西博天文台巨型射电望远镜口径也只有305米。所以说，“中国天眼”是目前世界上最大也是最灵敏的单口径射电望远镜。

这是新华社记者欧东衢摄于3月30日的“中国天眼”夜景（维护保养期间拍摄）。

“中国天眼”之父——南仁东

说起“中国天眼”，就不得不提

“人民科学家”——南仁东。

以南仁东为代表的中国天文学家于上世纪九十年代提出建设FAST的设想。1994年起，南仁东带领团队负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计。为了给“天眼”选址，南仁东用了12年，带着团队对1000多个洼地进行比选，又实地走遍上百个窝凼，最终决定选址在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村大窝凼。

2007年7月，FAST被国家批准立项，南仁东负责FAST的建设工程。没有成熟的经验可以借鉴，南仁东带领团队一步一个脚印，历经5年半的艰苦建设，攻克望远镜超大尺度、超高精度的技术难题，高质量按期完成工程建设任务。2016年9月25日，南仁东见证了FAST落成启用。2017年9月15日，72岁的南仁东因罹患肺癌去世。2018年10月15日，中科院国家天文台宣布，将一颗国际永久编号的小行星正式命名为“南仁东星”。

从论证立项到选址建设，FAST历时22年。在人生最好的年华里，南仁东全身心投入在科研工作第一线，与全体工程团队一起通过不懈努力，迈过重重难关，实现了中国拥有世界一流水平望远镜的梦想。

“

感官安宁，万籁无声。

美丽的宇宙太空，以它的神秘和绚丽，

召唤我们踏过平庸进入到无垠的广袤……

——南仁东

华融小学四年（1）班郑林芷

我喜欢听刘教授跟我们讲述南仁东先生的故事。南仁东先生很伟大，他用一生的心血为人民建造了“中国天眼”。我喜欢阅读科技、航天的书籍，并和妈妈一起写阅读笔记，希望长大以后，也能像科学家和宇航员一样，探寻宇宙的奥秘。

“中国天眼”是国家工程

FAST侧面

（来源：中国科学院重大科技基础设施共享服务平台）

国家大科学工程是20世纪以来世界科技进步和社会发展的最重要的基础设施，也是一个国家创新力以及核心竞争力的主要表征。大科学装置是国家在基础科学研究领域投资建设的重要设施。FAST工程是“十一五”国家重大科技基础设施建设项目，国家为FAST累计投入资金7亿。

建造FAST的意义：

1

FAST具有中国独立自主知识产权，其设计综合体现了我国高技术创新能力；

2

FAST将在众多领域的基础研究中，提供发现和突破的机遇，也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用；

3

将推动众多高科技领域的发展，提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力；

4

FAST的建设与运行将促进西部经济的繁荣和社会进步，符合国家区域发展总体战略。

“中国天眼”的结构和高科技

FAST由8895根钢索组成的索网、6个馈源支撑塔、索驱动、馈源舱（信号接收单元）、促动器、4450个反射面单元和19波束L波段制冷接收机等部分构成，是目前世界上灵敏度最高的射电望远镜。

看到这里，你肯定想问…

Q1

这么大一口锅，下雨时，FAST会积水吗？

FAST接收源自天体的无线电波不需要完整的天线面，只需一个网状即可，故反射面板都是孔状的，雨水可以随着面板上的孔流出。而且贵州天然喀斯特巨型洼地为排水提供了优良的自然条件，溶洞中暗河密布，积水可以从坑底渗漏出去。

Q2

FAST看来看去都像一口大圆锅，听说还能

变形？

FAST团队自主发明主动变形反射面，工作时，为了能指向不同观测方向，FAST会通过驱动下拉索和促动器，使天线适当变形，在观测方向形成300米口径瞬时抛物面汇聚电磁波，在地面改正球差，实现宽带和全偏振。

Q3

馈源舱有什么特别之处吗？

FAST团队采用光机电一体化技术，自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人，实现望远镜接收机的高精度指向跟踪，并将万吨平台降至几十吨。FAST的馈源舱有30吨重，被六条400多米的钢索吊起，移动范围达200米，内设世界最精密的接收器。为保证天眼正常运行，FAST周围半径30km的范围设为了电磁波宁静区。

馈源舱

（来源：中国科学院重大科技基础设施

共享服务平台）

华融小学四年（1）班陈子涵

早前我就在电视和兴趣课上了解过黑洞的形成、宇宙的起源以及FAST工程，这次刘教授的讲座我很感兴趣，我学到了原来科学家还能通过研究无线电波的方式去探索宇宙。

“中国天眼”启用

FAST工程科学目标：

1

巡视宇宙中的中性氢，研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化；

2

观测脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律；

3

主导国际低频甚长基线干涉测量网，获得天体超精细结构；

4

探测星际分子；

5

搜索可能的星际通讯信号。

FAST最新研究成果：

2020年，《自然》（Nature）通过官网公布了年度十大科学发现。其中，“中国天眼”FAST望远镜在快速射电暴方面的研究成果入选。2020年11月，《自然》首次报道了在银河系内观测到的快速射电暴，最新观测证实极强磁场中子星（磁星）是快速射电暴的来源之一，其中一篇论文观测结果来自国家天文台500米口径球面射电望远镜（FAST），这是天文学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴，极强磁场中子星也成为了目前唯一被观测验证的可以产生快速射电暴的天体。

今年5月20日，“中国天眼”的相关研究成果登上《天文和天体物理学研究》封面。国家天文台研究员韩金林领导的科研团队利用FAST开展银道面脉冲星巡天，新发现了201颗脉冲星，其中包括一批最暗弱的脉冲星，挑战当代银河系电子分布模型的大色散量脉冲星，40颗毫秒脉冲星，16颗脉冲双星，一批模式变化和消零脉冲星以及射电暂现源等。

同学们

让我们一起

为国家能有这样的国之重器

以及伟大的科学家团队而感到自豪吧！

广州“院士专家校园行”活动

科技是国之利器，教育是国之重器，少年是国之未来。青少年科普教育是提升科学素养和创新精神的打底工程，对国家发展和民族复兴具有非常重要的战略意义。广州“院士专家校园行”项目是广州市科学技术协会和广州市教育局专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动，通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座，让青少年与科学大师亲密接触，收获知识的同时感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。

自2017年3月活动开展以来，该项目先后邀请了来自中国科学院、中国工程院及世界科学院的欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正（香港）、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如（香港）、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16名院士在内的80多名不同领域的科技工作者，在广州420所中小学校为15万多名中小学生开展科普讲座431场；2020年起，受疫情影响，该项目增加线上互动模式，共制作视频讲座22期。

2021年是中国共产党建党100周年，在“学党史，悟思想，办实事，开新局”的新起点，作为科普教育品牌活动的广州“院士专家校园行”活动，在广州市科协和广州市教育局的组织领导下，不忘初心，牢记使命，继续坚持走基层、办实事，为实现科技强国、人才强国战略添上流光溢彩的一笔。

来源：广州市青少年科技中心

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