从这里望向太空：脉冲星发现55周年和中国探索之旅

“美丽的宇宙太空，以它的神秘和绚丽，召唤我们踏过平庸，走进它无垠的广袤。”

已故的中国著名天文学家、“中国天眼之父”、“天眼”工程总工程师兼首席科学家南仁东曾这样写道。

现在，全世界的天文学家们都在申请和使用他发起并建立的“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST，“中国天眼”）来搜寻神秘的脉冲星，探索浩瀚宇宙。

千年观星记录

“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”

450年前，1572年11月，丹麦贵族、天文学家第谷观察到一颗非常明亮的星星出现了在仙后座。他持续观测和记录，随后发表。现在人们把这颗星命名为“第谷超新星”。

1609年，伽利略第一次把望远镜对准月球山，随后绘制了第一幅月面图。

1054年7月，一颗“客星”照彻夜空，明亮如满月，在中国宋朝被细致地观测并记录下来。“伏睹客星出现，其星上微有光彩，黄色。”直到近两年后，“客星没”。

这是中国古代天文史上最著名的超新星爆发事件之一。

超新星爆发后的其中一种产物是神秘的脉冲星，高速旋转，对外辐射电磁波。现在，人们用射电望远镜来搜寻它们。

中国是世界上最早进行天文观测和记录的国家之一。据中新网报道，百岁天文学泰斗韩天芑表示，中国天文学早在新石器时代的原始社会就已萌芽，从夏朝开始就设有专职的天文官，从事较长期、系统的观测；到了战国秦汉时期，中国古代天文学形成了以历法和天象观测为中心的完整体系。汉的彗星帛书、唐朝遗留的星图、宋代记载的客星……中国历代留下数以千计的天文观测资料。

但受制于当时的技术和经济条件，在天文竞赛和研究中，我们曾经出现过停滞。

55年前，与脉冲星偶然相遇

世界第一颗脉冲星的发现者是乔斯琳·贝尔女士（J. Bell），她被称为“脉冲星之母”，但诺贝尔奖只授予了她的导师休伊什。当时她是英国剑桥大学的博士研究生。

55年前，1967年7月，英国建造的射电望远镜正式投入使用。在剑桥大学攻读博士学位的乔斯琳·贝尔承担了繁重的观测和记录工作。

细心的她注意到奇怪的周期信号——每隔1.33秒一次流量变化。导师认为这是其他电波的干扰。但随后，这种规律的脉冲信号再次出现。

后经仔细认证，认定这是天体信号，来自后被称为“脉冲星”的天体，即物理学家曾经预言的超级致密的中子星。

脉冲星的辐射来自其强大磁场的极冠区，每当中子星极冠转到地球视线方向，我们就能收到它发出的信号。

1974年，休伊什获得诺贝尔物理学奖。

同一年，美国物理学家泰勒和他的学生赫尔斯，使用位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜，发现了一个脉冲双星，通过对这个脉冲双星的研究，间接地印证了引力波的存在。1993年，他们被授予了诺贝尔物理学奖。

而“中国天眼”发现第一个脉冲双星是在泰勒发现之后的46年，将近半个世纪。

阿雷西博射电望远镜是当时世界最大口径的射电望远镜，口径达305米，目前已损毁。人类历史上发现的第一颗毫秒脉冲星1982年也是通过阿雷西博射电望远镜发现。

极其特殊的天体实验室

致密的结构、高速旋转，脉冲星被认为是极其特殊的“天体实验室”。

张承民等人发表文章称，脉冲星的研究涉及许多学科的一系列重要理论问题, 它与现代物理中的等离子体物理、广义相对论、基本粒子、核物理等密切有关。另外, 脉冲星在恒星演化的研究中也占据特殊的地位，所以其研究成为当今天体物理学最活跃的领域之一。

毕业于中国科学院国家天文台的王珅博士表示，由于脉冲星自身就是拥有巨大磁场高速旋转，甚至周边环境是非常极端的天体。很多地球上面达不到的实验室条件都可以在它的周围进行观测到。比如说我们就用脉冲星来衡量银河系的磁场分布，虽然现在只是一个初步的银河系磁场分布，但确实是能让我们对自己所生活的星系有更多的了解。

用生命铸国之重器，成就国家骄傲

“在浩瀚的宇宙中，人的一生无论做过什么都微不足道。”南仁东说。

62岁那年,南仁东盼来了“中国天眼”项目正式获批。71岁，他在生命走向终点前夕等到了“中国天眼”竣工。

他将FAST的科学意义概括为7个字：“一黑二暗三起源”。一黑是黑洞，二暗是暗物质、暗能量，三起源是宇宙起源、天体起源和生命起源。他说这都是FAST要探索的任务。

1993年，国际无线电科学联盟大会在日本东京召开，提出要建设下一代射电望远镜、平方公里阵列望远镜。在全球电波环境继续恶化之前，造新一代更灵敏的射电望远镜，接收更多来自外太空的讯息。

“咱们也建一个吧。”时任中国科学院北京天文台副台长的南仁东和几位同仁一起提议。“别人都有自己的大设备，我们没有，我想试一试。”

1994年初春，南仁东完成了1.73万字的《大射电望远镜（LT）国际合作计划建议书》。

但推进过程一波三折。

2005年11月，60岁的南仁东向中科院提出：要向国家申请，由我国独立自主建造500米口径射电望远镜。2006年7月，中国申请国际大射电望远镜的方案被否决。2007年7月，我国发改委才批复FAST工程正式立项。

“北筑鸟巢迎圣火，南修窝凼落星辰。”

钢结构建造的射电望远镜，口径突破100米已经是工程的极限，500米需要一个支撑的“大坑”。

在贵州万山深处选址，这是南仁东与农民结合的10多年。

为了找到最满意的“大坑”，南仁东从几百张遥感地质图像里挑选出所有接近圆形的洼地，闷头钻进贵州的大山里。他拄着竹竿翻山越岭，到现场去勘察。最终他相中了最圆的那个大坑——位于贵州平塘县的大窝凼。

在南仁东看来，“中国天眼”既是中国的，也是世界的。在建设阶段，他的德国朋友帮助完成了工程仿真，澳大利亚朋友帮助完成了19波束接收机……他心中的目标，就是为下一代科学家建一台好用的望远镜。

2016年9月25日，FAST在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成，开始接收来自宇宙深处的电磁波。

南仁东曾介绍，借助FAST这只巨大的“天眼”，科研人员可以窥探星际之间互动的信息，观测暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。这也将为世界天文学的新发现提供重要机遇。

“中国天眼”落成启用一周年前10天——2017年9月15日，南仁东病逝。

FAST究竟有多灵敏？有科学家举例称，假如有人在月亮上打手机，也逃不过它的“眼睛”。

2017年FAST的首批成果公诸于众。10月10日，中国科学院国家天文台举行新闻发布会，FAST首次发现脉冲星，探测到数十个优质脉冲星候选体，其中两颗通过国际认证。

而截至目前，FAST已发现的脉冲星超660颗。

2019年2月27日，FAST首次发现毫秒脉冲星，并于2019年4月18日，获国际合作认证。

2020年1月，研究人员通过预印本论文率先宣布，通过FAST观测发现脉冲双星。

2021年3月31日，FAST正式向全球开放共享，向全球天文学家征集观测申请，彰显了中国科学家与国际科学界携手合作的理念。此次征集收到来自不同国家共7216小时的观测申请，最终14个国家（不含中国）的27份国际项目获得批准，并于2021年8月启动科学观测。 

创新技术助力科技强国，让人类看的更远

脉冲星如灯塔一般的光芒，精准遥转于宇宙。脉冲星的搜索之路是寻梦之旅，是人类不断推动实现星际旅行的梦想。

复旦大学计算机科学技术学院副教授、博士生导师池明旻表示，FAST每天产生非常大量的数据，一周可能产生500TB甚至更大的数据量。对这些数据进行处理、挖掘，需要大量的算力。国家天文台、腾讯、携手复旦大学启动“探星计划”，一上来就给我们提供了大概20个GPU的服务器，供我们每天24小时不间断的计算，这是巨大的支持。

依托国家大科学装置FAST——500米口径射电望远镜，池明旻课题组通过和国家天文台合作，从2021年7月开始截至到2022年2月1日，利用腾讯云+AI已成功搜索到二十颗新的脉冲星。近期，又发现两颗新的脉冲星，总计已达22颗。

目前，在探星计划的框架下，三方团队正挑战极限，展开对银河系外、距地球250万光年的M31仙女座星系的射电信号处理——这将是天文界对该星系中脉冲星类致密天体的最深度最完整的探测。

这被认为是“0到1”的突破。

中国科学院国家天文台副台长郑晓年表示，100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”，与它相比，FAST灵敏度高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜，50多年一直无人超越，与它相比，FAST综合性能高约10倍，FAST将在未来10至20年保持世界一流设备的地位。

有科学家表示，如果能探测到引力波或揭示物质新形态，这将会是诺贝尔奖级的发现。

“今宵绝胜无人共，卧看星河尽意明”。自古以来，仰望星空就一直是人类最终极的浪漫，而现代天文学更是一门探寻人类过去和未来的学科，它的每一个新发现，或许不能马上为我们带来实际的利益，却将在更广的维度上为我们的未来拓展出更多的可能，也让当下的各种技术有了综合应用的舞台。在脉冲星的发现之旅中，中国是一位后来者，但在全社会的通力协作下，我们正在后来居上。