FAST已建好2年多 它起了什么作用

中國“天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST）工程由我國天文學(xué)家于1994年提出構(gòu)想，從預(yù)研到建成歷時22年，由中國科學(xué)院國家天文臺主導(dǎo)建設(shè)，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。

圖：群山中的FAST

自2016年9月25日，F(xiàn)AST宣告落成啟用以來，已經(jīng)進行了一段時間的調(diào)試觀測。2017年8月，F(xiàn)AST實現(xiàn)了跟蹤觀測模式，標志著基本功能的實現(xiàn)。隨后又逐步實現(xiàn)了設(shè)計的各種觀測模式，測量和控制精度也得到了逐步提高。到近期，已經(jīng)完成了工藝驗收測試，還發(fā)現(xiàn)了一批脈沖星，包括毫秒脈沖星。

2019年3月18日，F(xiàn)AST第一批成果的?？恼略陬A(yù)印本網(wǎng)站（arxiv.org）發(fā)布，這次，F(xiàn)AST向全國人民匯報了哪些成果呢？

FAST完成所有測試，性能達標

目前，F(xiàn)AST已經(jīng)完成了驗收所要求的所有工藝測試，性能指標達到了驗收要求。

國際上的大型射電望遠鏡在落成啟用之后都要經(jīng)歷一段調(diào)試期，在實際使用中逐漸發(fā)現(xiàn)問題，逐漸實現(xiàn)設(shè)計的性能指標。也就是說望遠鏡不僅是建設(shè)出來的，也是使用出來的。美國著名的GBT望遠鏡，經(jīng)過了十幾年才最終實現(xiàn)了設(shè)計時要求最高的那些性能指標。FAST也不可避免地要經(jīng)過一個不斷使用、不斷優(yōu)化的過程，才能成為一臺優(yōu)秀的望遠鏡。

舉個例子，F(xiàn)AST的測量系統(tǒng)碰到的是前所未有的問題。在實際觀測中，我們發(fā)現(xiàn)，在高差達100米的情況下，大氣密度變化對測量用的激光束的折射已經(jīng)影響到了測量精度。經(jīng)過討論和研究，天文學(xué)家決定通過使用相對的兩臺全站儀進行測量，最終平均解決了這個問題。

全站儀

姜鵬等人（Jiang et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959502）對組成FAST的各個系統(tǒng)和關(guān)鍵部件進行了介紹。首先，文章分析了達到最終觀測所需的性能指標，各個系統(tǒng)和關(guān)鍵部件所需要達到的性能指標。隨后，詳細介紹了測量系統(tǒng)調(diào)試在FAST臺址特殊的大跨度、大高程差情形下碰到的大氣折射的問題、主動反射面和饋源支撐系統(tǒng)的高精度控制問題和這些問題的解決過程。文章還介紹了接收機系統(tǒng)的測試以及望遠鏡整體的系統(tǒng)溫度、效率、波束形狀、指向測試的情況。

新發(fā)現(xiàn)脈沖星

FAST前期的觀測成果主要集中在時域觀測，主要是周期性信號和單脈沖信號的搜尋和分析。

通過這些周期信號和單脈沖信號的搜尋，F(xiàn)AST發(fā)現(xiàn)了一批脈沖星。錢磊等人（Qian et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959508）代表項目團隊報告了FAST發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星的發(fā)現(xiàn)過程和基本參數(shù)。未來一旦積累了足夠的脈沖星樣本，預(yù)計還將發(fā)表FAST脈沖星星表。

目前，F(xiàn)AST脈沖星列表可以在FAST多科學(xué)目標同時掃描巡天（英文縮寫CRAFTS）網(wǎng)站（http://crafts.bao.ac.cn/）查看。

脈沖星列表

這個脈沖星列表給出了新發(fā)現(xiàn)脈沖星的基本信息，為其他望遠鏡進一步進行脈沖星計時觀測提供了基礎(chǔ)。

研究已知脈沖星的單個脈沖

除了FAST自己發(fā)現(xiàn)的脈沖星，F(xiàn)AST還對一些有趣的已知脈沖星進行了觀測，這一方面是對FAST脈沖星觀測系統(tǒng)進行檢驗，另一方面也為研究脈沖星的性質(zhì)提供了難得的機會。

由于過去的望遠鏡靈敏度有限，通常研究脈沖星需要積累一段時間的脈沖才能分析脈沖輪廓，但脈沖星的單個脈沖中含有平均脈沖輪廓中沒有的信息。FAST的高靈敏度使得研究一些脈沖星的單個脈沖成為可能。

盧吉光等人（Lu et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959503）詳細研究了三個旋轉(zhuǎn)射電暫現(xiàn)源（Rotating radio transients, RRATs）的消零和多個頻率的脈沖輪廓，對輻射束的形態(tài)給出了限制。

單個脈沖的時間序列

出眾的單個脈沖觀測結(jié)果

FAST超寬帶饋源調(diào)試期間，對一些脈沖星進行的單個脈沖的觀測得到的脈沖輪廓的信噪比也優(yōu)于其他望遠鏡。喻業(yè)釗等人（Yu et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959504）報告了脈沖星PSR B0919+06的異常輻射現(xiàn)象（abnormal emission phenomenon）。盧吉光等人（Lu et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959505）分析了脈沖星PSR B2016+28的脈沖輪廓。

FAST航拍圖

提出巡天策略

雖然前期取得了一些成果，但FAST未來穩(wěn)定的科學(xué)產(chǎn)出還需要依靠系統(tǒng)性的巡天觀測。FAST多科學(xué)目標同時掃描巡天（CRAFTS）就是基于這樣的背景，經(jīng)過多年論證提出來的。

在CRAFTS巡天的基本框架下，張凱等人（Zhang et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959506）描述了巡天策略，根據(jù)FAST性能參數(shù)計算了巡天能達到的靈敏度，估算了巡天能發(fā)現(xiàn)的中性氫星系數(shù)量以及對星系的中性氫質(zhì)量函數(shù)給出的限制。王洪豐等人（Zhang et al. 2019, Sci. China-Phys. Mech. Astron., 62, 959507）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為CRAFTS巡天構(gòu)建了一個脈沖星候選體分類系統(tǒng)，為搜尋巡天數(shù)據(jù)中的脈沖星信號做好了準備。這些工作是正式開展巡天的基礎(chǔ)。

FAST巡天策略，19波束掃描巡天的軌跡

CRAFTS巡天預(yù)計在2019年5月正式開始。巡天完成后，將發(fā)現(xiàn)一批脈沖星、生成一張超越已有結(jié)果的大天區(qū)銀河系中性氫分布圖、發(fā)現(xiàn)一批中性氫星系，最為激動人心的是，巡天中可能會發(fā)現(xiàn)我們現(xiàn)在還沒有想到的天體或現(xiàn)象。

結(jié)語

現(xiàn)在，F(xiàn)AST目前已經(jīng)初步具備科學(xué)觀測能力，未來要實現(xiàn)“多出成果，出好成果，出大成果”。除此之外，F(xiàn)AST團隊將繼續(xù)優(yōu)化望遠鏡性能，進一步優(yōu)化科學(xué)觀測模式，繼續(xù)催生更多天文成果，力爭早日將FAST打造成世界一流水平望遠鏡設(shè)備，天文工作者們也將為我國的天文事業(yè)共同努力，貢獻聰明才智。