新京报讯（记者 张璐）11月5日，国家天文台发布消息称，中国天眼FAST自今年1月验收以来，设施运行稳定可靠，近一年已经观测服务超过5200个机时，超过预期设计目标近2倍，发现脉冲星数量超过240颗。
值得一提的是，中国天眼FAST最新的观测揭示了宇宙毫秒无线电爆发的新物理，连续有两篇论文在国际学术期刊《自然》杂志发表。
FAST望远镜全景。图/FAST工程官网
谁发出了毫秒电波？
广袤的宇宙中，经常有一股电波袭来，仅仅闪现几个毫秒。2007年，天文学家在分析澳大利亚64米射电望远镜2001年记录的信号中发现了这样的毫秒电波。随后天文学家一直企图寻求真相：谁发出了电波？如此快速闪现的电波包含了什么信息？
过去十几年，天文学家首先要回答的问题是：这些毫秒电波是银河系内致密星体发出的，还是宇宙深处的剧烈爆发引起的？经过大约十年的探寻，他们收集了30多个爆发源，在天空几乎随机分布，因此可以断定，这些毫秒闪现源绝大多数不是银河系内的天体发出的。
2017年，天文学家终于捕获到一个毫秒无线电爆发，它竟然在几个小时内重复了几次。天文学家利用世界多台大射电望远镜联合探测并利用记录几毫秒的信号进行快速定位，终于将一个重复爆发的无线电快速闪现源定位到宇宙深处30亿光年之外的一个星系里。
过去，因为没有大射电望远镜，中国天文学家无法拿到第一手资料，所以在这个前沿领域的研究中，多数是做理论研究。
中国天眼FAST改变了这一局面。
2016年竣工后，经过三年调试，中国天眼FAST现在已经对国内天文学家开放。FAST不仅因为聚光面积巨大而使其电波收集能力超强、成为世界最灵敏的射电望远镜，也因为精密控制的变形能力，使它能够聚焦和稳定跟踪天体。
快速射电暴的辐射起源
近日，北京大学教授、国家天文台研究员李柯伽研究团队利用FAST探测到了一例快速射电暴重复爆FRB180301，并在国际上首次发现该重复爆的辐射具有非常丰富的偏振特征。这为快速射电暴的辐射起源提供了新的信息，显示了磁层在快速射电暴辐射机制中的作用。
在2019年尝试性的开放观测中，研究团队希望利用FAST观测一个澳大利亚2018年3月1日探测到的爆发源FRB180301，看它是否会重复爆发。幸运的是，2019年7月16日的2小时观测如愿探测到了4次爆发，这个结果让人激动。但随后在9月11日的4小时观测竟然什么信号也没有探到。
课题组内部研究后，发现原先澳大利亚报告的爆发源位置有偏差，随后调整了观测策略，将望远镜对准的位置调正，并记录偏振信号。在2019年10月6日和7日，FAST在6个小时内探测到11次爆发。统计下来，在共计12个小时的观测时间里，FAST探测到15次闪现，每次电波闪现的强度曲线也各不相同。这个爆发源与那个30亿光年外的爆发源距离类似、无线电爆发率类似，但强度要暗弱很多。
最奇妙的结果来自对11次爆发电波的高灵敏度偏振信号解析。过去，世界上的望远镜仅对30多个爆发源中的几个记录了偏振信号，能够详细研究的样本非常少。FAST装配的接收机偏振测量能力非常好，观测的11个爆发信号中，有7个毫秒闪现爆发能够很好地解析出其偏振。
值得一提的是，7个偏振呈现出变化的多样性，如此变化的偏振在早先的重复暴从来没有看到。观测结果明确说明，宇宙中的爆发源可能来自致密星体磁层中的物理过程。这直接否定了一批国际学者关于爆发来自粒子冲撞的理论，为近几年两大门派的理论争锋一锤定音。相关论文于北京时间2020年10月29日凌晨发表于《自然》杂志。
全世界最灵敏的射电望远镜
中国天眼FAST由天文学家南仁东于上世纪九十年代提出构想，从预研到完成花费了26年时间，前后四代近百名科研工作者前赴后继投入到这个项目中。FAST于2016年落成，其反射面相当于30个足球场，成为世界最灵敏的射电望远镜，大大拓展了人类的视野，也使中国的天文学家终于有机会走到人类视界最前沿。
FAST的反射面不仅巨大，而且能根据天体的目标位置实时主动调节形状，30吨的馈源舱要在140米的高空、206米的范围运动，所有的控制精度要达到毫米级。巨大工程体量、超高精度要求及特殊的工作方式，造就了FAST前所未有的技术挑战。
为此，工程团队开展了一系列的技术攻关，克服了力学、测量、控制、材料、大尺度结构等领域诸多技术难题。例如，研制了超高耐疲劳特性的钢索，超过国内、国际相关标准规范的2.5倍；创造性地将卫星定位、惯导和全站仪多种测量技术融合，实现了全天候、大尺度、高精度、高采样率的馈源支撑系统动态测量。
随着一系列关键技术的突破，FAST于2020年1月11日通过国家验收，标志着望远镜所有技术指标都已经达到设计要求，并已经具备了开放运行的条件。
FAST对其发现的一颗脉冲星进行的单脉冲观测。图/FAST工程官网
发现超过240颗脉冲星
2020年2月，FAST正式启动科学委员会遴选出的五个优先和重大项目，已经有近两百名科学用户开始使用并处理FAST的科学数据。4月，时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目。目前已经接到170余份申请，申请的总时间约5500个小时，只有25%能得到支持，望远镜时间的竞争已经相当激烈。
随着性能提升，FAST的科学潜力逐步显现。其超强灵敏度在射电瞬变源方面具有重大潜力，有望在短时间内实现纳赫兹的引力波探测、捕捉到宇宙大爆炸时期的原初引力波，为研究宇宙大爆炸原初时刻的物理过程提供数据支撑。同时还有能力将我国深空探测及通讯能力延伸至太阳系边缘，满足国家重大战略需求。
FAST自今年1月验收以来，设施运行稳定可靠，近一年已经观测服务超过5200个机时，超过预期设计目标近2倍，基于FAST数据发表的高水平论文达到40余篇。
值得一提的是，FAST已经发现脉冲星超过240颗。其中，在球状星团M92中发现的是一个具有掩食现象的毫秒脉冲双星，这是在M92中发现的第一颗毫秒脉冲星，密近的轨道和较大的伴星质量预示着伴星的物质正在被脉冲星吸积。借助FAST的高灵敏度，伴星及其星风的遮挡带来的脉冲星信号掩食现象和伴星星风导致的脉冲星信号到达时间延迟都被清晰观测到。具有这些特殊现象的脉冲双星在天文学中称为“红背蜘蛛”系统。该发现被美国天文学会选为亮点研究成果。
新京报记者 张璐
编辑 张畅
