"中国天眼"规划工程二期 将建全球唯一核心孔径阵列推进射电天文新突破

作为我国自主设计、建造并运行的世界最大单口径射电望远镜,FAST运行进入稳定高效阶段,科研产出与工程能力同步增强。

最新运行数据显示,2024年10月至2025年9月,FAST总观测时长超过5400小时,新增科学数据量超过17.5拍字节,并持续坚持开放共享的运行模式,为国内外科研团队提供了高质量观测资源与数据支撑。

在天文学前沿方向,FAST围绕脉冲星搜寻、快速射电暴机理研究以及纳赫兹引力波探测等重大科学问题持续推进,体现出大型科学装置“持续供给、长期产出”的特征。

问题:单口径能力突出,但面临空间分辨率与综合观测的天然约束。

单口径射电望远镜在灵敏度上具有显著优势,但在成像与空间分辨率方面存在物理上的固有限制,难以同时兼顾更高精度的定位、更细致的结构刻画与更复杂的联合观测需求。

随着射电天文学进入高精度、多维度、跨设备协同的发展阶段,单台设备“独立作战”的边界逐渐显现,如何在保持灵敏度优势的同时实现分辨率和观测能力的跃升,成为面向未来必须回答的课题。

原因:科学前沿牵引与国家战略需求叠加,推动装置向更强综合能力演进。

一方面,宇宙中高能瞬变、致密天体物理与引力波相关研究对“更快、更准、更敏”的观测提出更高要求,需要更强的综合孔径与更完善的观测体系。

另一方面,FAST已不止服务基础研究,还展现出在深空探测与行星防御领域的应用潜力。

国家天文台FAST运行和发展中心正高级工程师孙京海介绍,FAST可作为超级灵敏的雷达信号接收装置开展近地天体探测与成像,相关能力提升正在拓展其“科学装置+应用能力”的外延。

影响:工程升级与二期规划将带来“灵敏度—分辨率—覆盖天区”多维提升,并扩展服务国家能力的边界。

在近地天体探测方面,FAST已将月球雷达成像分辨率从1.2千米提升至50米,为月球地质演化研究、资源探测等提供新的方法与手段。

2025年,FAST还首次探测到多颗近地小行星,其中包括对地球具有潜在威胁的小行星,最远目标距离地球超过1200万千米。

相关探测数据可用于分析小行星尺寸、形状、自转周期,并进一步反演三维结构,为后续科学研究与防御决策提供关键数据支撑。

对天文学研究而言,持续增长的观测时长与数据产出,将为发现新脉冲星、刻画快速射电暴族群性质、开展更大样本统计研究提供更坚实的基础。

对策:以“数字化智能化提效+关键部件国产化+面向二期的系统重构”协同推进,确保装置长周期先进可用。

FAST运行和发展中心表示,将通过数字化、智能化手段进一步提升运行效率,同时从全寿命周期角度推进设施改造升级,保持性能优势与可靠性。

按计划,2026年3月至4月,FAST将迎来首批国产化钢丝绳换装,有助于提升关键部件供应保障能力与长期运维安全水平。

运行团队还完成新型馈源舱样机研发,在实现减重“瘦身”约40%的同时,有望进一步扩大可观测天区,预计两三年内具备升级条件。

这些举措既回应大型科学装置“高负荷运行、持续维护升级”的现实需要,也为工程二期的系统集成和能力跃升打下基础。

前景:工程二期有望构建以FAST为核心的巨型综合孔径阵列,形成全球独具特色的观测体系。

根据规划,工程二期拟在台址周边群山中建设数十台中等口径天线,构建以FAST为核心的综合孔径阵列。

通过阵列化手段,可在保持高灵敏度优势的同时弥补单口径在空间分辨率上的局限,推动观测能力实现质的飞跃。

业内人士认为,若二期工程按期推进并形成稳定运行能力,将进一步提升我国在中低频射电天文领域的系统竞争力,带动相关探测技术、数据处理与工程制造能力协同发展,也将为更多国际合作项目提供平台支撑,推动我国基础研究在更高水平上实现原创性突破。

从单口径望远镜到综合孔径阵列,"中国天眼"的升级之路彰显了我国科技工作者勇攀科学高峰的坚定决心。

这一世界级科研设施的持续进化,不仅将推动人类对宇宙认知的边界不断拓展,更体现了中国为全球天文事业发展作出的重要贡献。

在建设科技强国的征程上,"中国天眼"正以其独特的科学价值和技术创新,书写着新时代的中国科技故事。