“中國天眼”十歲了！這十年，它到底看見了什麼？

在貴州平塘的羣山裏，臥着一口“大鍋”，它直徑 500 米，由一圈圈鋼樑箍住“鍋沿”，穩穩地架在一個名叫大窩凼的喀斯特窪地底部。

2016年9月25日，這口“鍋”正式落成啓用。它就是500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），也就是大家常說的“中國天眼”。到今年9月，它已經整整工作十年了。

十年裏，關於FAST的新聞一個接一個，成果也是一串又一串，今天就讓我們來回顧一下FAST的歷程吧。

選址大窩凼

自1994年起，FAST的選址工作就開始了。科學家們根據衛星遙感影像，海選出400多個天然窪地，又進一步篩選出30多個開展實地考察，最終敲定了貴州省黔南州平塘縣的“大窩凼”。這是個圓形的天然喀斯特（溶岩地貌）“天坑”，正適合支撐起形如大鍋的球面射電望遠鏡。大窩凼附近5千米內沒有一個鄉鎮，縣城遠在25千米以外，再加上山體本身的屏蔽作用，營造出非常安靜的無線電環境。

中國天眼拼裝過程丨新華社記者 歐東衢 攝

此外，喀斯特地質條件形成了許多地下溶洞與暗河，積水能夠及時排出，避免“天坑”變成“天湖”。儘管如此，爲了雙保險，在天坑裏還是在坑底暗河基礎上挖掘出了一條排水道。

大小很重要

FAST的全稱是“500米口徑球面射電望遠鏡”，是目前世界上最大的全口徑均有反射面的射電望遠鏡，反射面面積約25萬平方米。爲什麼FAST修建得如此巨大？這是由觀測波長決定的。

望遠鏡的分辨率由觀測信號的波長和望遠鏡的口徑共同決定，在相同的分辨率下，波長和口徑成正比。許多工作在可見光波段（0.5微米量級）的天文望遠鏡口徑可達幾米，與之對照FAST觀測的是釐米量級的射電信號，所以500米口徑還是造得太剋制了呢！

2026年5月7日拍攝的位於貴州平塘縣的中國天眼全景（無人機照片，維護保養期間拍攝）。

儘管 FAST 面積巨大，組成反射面的鋁板卻非常纖薄，厚度僅有 1.3 毫米左右。

天眼會“轉眼珠”

FAST可不像廚房炒菜鍋一樣硬邦邦一整塊，這顆“中國天眼”會“轉眼珠”！它由4450塊反射鋁板拼接而成，通過背後的電機驅動，這些鋁板能夠調整位置和姿態，改變鏡面形狀。

經“中國天眼之父”、天文學家南仁東及其團隊的計算，只需和球面偏離47釐米，就可以把口徑300米的一部分球面改成拋物面，把射電信號聚焦到一枚藥片大小，進入接收信號的“饋源艙”。

所以，在任意時刻，FAST的工作區域是一片口徑300米的圓形拋物面，它能在500米口徑裏自如漂移，就像眼珠轉來轉去一樣，保持完整300米工作口徑的話，可觀測的天空範圍很廣闊，從北緯52.2°看到南緯0.6°。

據南仁東估算，從地球角度全天可觀測的脈衝星中，有一半都能被“中國天眼”看到。

南仁東（已故）登上建設中的“中國天眼” 丨來自中國科學院國家天文臺

全天候觀測

從茫茫太空來到地球的電磁波，在許多波段（如γ射線、X射線、大部分紅外線）會被大氣層屏蔽掉，無法從地面來觀測，這也是許多望遠鏡被部署到太空中的原因。不過，大氣在射電波段透明度極高，允許信號自由通過，所以FAST能夠從地面發起觀測。此外，FAST觀測的信號波長遠遠大於雲、霧、雨、雪、霰等顆粒的尺寸，所以能夠輕鬆繞過這些障礙物，因此，FAST可以全天候開展觀測活動。

最有可能干擾FAST運行的，是地面上人類活動產生的通信信號。在FAST附近使用手機，無異於拿着激光筆去晃最靈敏的眼睛。在FAST現場工作的科學家控制使用電器，參觀人員必須關閉手機。FAST的監聽中心設在兩道山以外，獲取的信號通過光纖傳輸到監聽中心，再傳送到外界，全程不用無線裝置。

觀測對象

FAST的首要任務是“中性氫巡天”。中性氫是宇宙中尚未聚攏成恆星發光發熱的單個氫原子。中性氫的“基態超精細能級躍遷”能夠產生波長21釐米的電磁輻射，觀測這一“21cm氫線”，能夠獲知宇宙中物質的分佈情況，推演星系之間互動的細節和宇宙發育的蛛絲馬跡，並分析宇宙演化的未來圖景。

脈衝星是FAST的另一個重要觀測領域。脈衝星是高速旋轉的中子星，是大質量恆星“死亡”後的一種演化形態。中子星高速旋轉時，它的磁極發出的射電輻射會像燈塔一樣掃射太空，從地球上看，每次被“燈塔”掃過，都對應着一次脈衝信號。

假如有地外文明在射電波段發佈星際廣播，FAST將是地球上最靈敏的偵聽設備之一。然而，尋找地外文明僅是最末位的科學目標，FAST主要是爲搜尋更多奇異天體，提供更多更好的觀測統計樣本，更可靠地檢驗現代物理學、天文學的理論和模型。

快速射電暴

快速射電暴（FRB）是宇宙中最強烈的射電閃光，在毫秒內釋放的能量可抵得上太陽數天到一年的輸出，卻仍是天體物理最大謎團之一。它們可能來自磁星爆發、中子星併合或未知極端過程。FRB發現較晚（2007年），所以並非FAST設計初衷，但無與倫比的靈敏度讓FAST成爲解開這一謎題的關鍵設備。未來結合多信使觀測，FAST有望進一步鎖定宿主星系、釐清爆發機制，甚至連接引力波事件，爲理解極端天體物理打開全新窗口。這正是“中國天眼”超越設計藍圖、持續創造驚喜的魅力所在。

觀測模式

FAST有多種觀測模式。比如，它可設置爲“漂移掃描”模式，即固定工作區，盯着天頂某個角度一動不動。此時，它實際上是在跟隨地球自轉自西向東掃描這片天空。忽然，觀測人員看到一連串射電閃爍，似乎是一顆沒見過的脈衝星，值得追着看一看，便可切換到“跟蹤”模式，就像行“注目禮”一樣，把特定目標固定在視野中，對其進行詳盡觀測。

如果觀測人員事先對某片天區懷有較高的期待，還可以有的放矢，讓FAST進入“運動中掃描”模式，東西南北、往復來回地巡視指定天區。比如對脈衝星的優先搜索就集中在銀河兩岸各5°、後來擴展到各10° 的天區。

多方合作

FAST並非“孤軍奮戰”，它在多個波段與國內、國際上許多其他望遠鏡以及引力波探測器合作，共同探索宇宙的祕密。如果某天LIGO、LISA等引力波探測器檢測到引力波事件，FAST即可指向引力波源所在的天區，開展後續觀測，補上射電波段的信息拼圖。同樣，如果FAST新發現一顆脈衝星或黑洞噴流事件，世界上的其他望遠鏡也能在其他各波段從太空、地面發起聯合觀測，全面勾勒這些奇異天體的物理過程。

例如，2026年9月，國家天文臺等國際團隊利用FAST中性氫數據與國際暗能量光譜儀（DESI），對距今45億年以來的宇宙中性氫演化進行高精度測量，發現恆星形成強度下降但中性氫密度未同步枯竭，揭示轉化效率下降是主因，成果發表於《自然·天文》。

觀測成果

截至2026年9月，FAST已累計發現脈衝星1284顆，遠超同期全球其他望遠鏡總和。其中包括約170餘顆毫秒脈衝星、160餘個雙星系統（含已知最短軌道週期者）。全球已知脈衝星已超過4000顆，FAST貢獻約1/3。

在中性氫巡天方面，FAST於2026年9月發佈第二期數據集，探測到156411個河外中性氫源，約爲美國阿雷西博ALFALFA巡天十餘年成果的5倍。巡天覆蓋面積已達19500平方度，佔全天面積的47.3%。近鄰宇宙中性氫密度測量精度達0.6%（人類迄今最高），中性氫質量函數拓展至約100萬太陽質量。數據已公開，構建起世界規模最大的中性氫星系樣本庫。

在快速射電暴方向，FAST已對重複暴開展長達數年的持續監測，首次捕捉到法拉第旋轉量劇烈跳變又回落的完整演化，爲磁層環境與雙星起源模型提供了直接約束。

講到這裏，這臺望遠鏡的來龍去脈算是說完了，但它的工作遠沒有結束。除了每月固定兩天停機檢修，“天眼”幾乎全年無休；它收聽到的信號，相當一部分已經通過國家天文臺向全世界公開，任何人都可以申請使用。

策劃製作

作者丨曲炯 科普作者

審覈丨劉茜 北京天文館研究員

策劃丨丁崝

責編丨丁崝