姜鵬 國家天文臺研究員，“中國天眼”總工程師
2020年1月11日， 由中國科學院國家天文臺主導建設的500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，以下簡稱FAST）通過國家驗收，標誌著這項有“中國天眼”之稱的重大工程項目正式交付國家使用，同時也將對國內天文學家開放。
FAST是我國具有自主知識產權的，世界最大單口徑的，最靈敏的射電望遠鏡。它的投入使用使得中國的天文學家終於有機會走到世界的最前沿。
望遠鏡的發展歷史，其實就是追求靈敏度的歷史。而更靈敏的望遠鏡則需要具備更大的口徑，因為更大口徑的望遠鏡意味著更大的收光面積，也就意味著更強的對闇弱信號的探測能力。這樣天文學家就可以探測到更多的天體樣本，觀測到更遙遠的宇宙現象。這對於我們研究宇宙的演化歷史具有非常大的幫助。
但是自從1972年德國人在波恩將望遠鏡的口徑做到100米之後，在近半個世紀內，採用傳統工作方式的望遠鏡都很難大幅突破這個工程極限。1994年，以南仁東為代表的一批懷揣夢想和激情的中國科學家提出建造500米口徑球面射電望遠鏡的設想。歷時22年之後，FAST最終於2016年在貴州喀斯特窪地建成。從此，世界射電天文望遠鏡的歷史開始由中國人改寫。
“中國天眼”之父南仁東（1945-2017）
FAST的反射面相當於30個足球場。如果把它比喻成一口鍋，裝滿水全世界每人可以分4瓶。這是常人難以想象的工程體量。在建造FAST的過程中，工程團隊也克服了一系列常人難以想象的困難。
FAST的主體支撐結構是500米直徑的圈樑和索網、6座掛在懸崖峭壁的百米鋼塔、總面積25萬平米的4450塊反射面單元，其總重量近12000噸。在沒有大型機械輔助的前提下，要在現場條件極其苛刻的山區完成毫米級精度的500米跨度結構安裝，這是人類不曾遇到過的工程技術難題。為此，工程技術人員專門為FAST設計了極其特殊的安裝方案。很多國際專家學者來FAST參觀，不由感嘆：只有中國能做得了FAST。
FAST全局俯瞰圖
FAST設備構成極其複雜，近萬根鋼索與2000多臺促動器組成的複雜耦合控制系統，使30個足球場大小的反射面能實時地根據天體目標的位置改變形狀。而饋源定位則首次採用輕型索拖動饋源平臺的方案，即通過控制六索索長，控制饋源艙根據觀測需要在焦面上移動。饋源艙內還裝有AB軸和並聯機器人，可以進行二級調整以實現接收機高精度定位。這套世界上最大的柔索牽引並聯機構，要將30噸重的饋源艙在140米的高空、206米的範圍控制到毫米級的精度。巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式，造就了FAST調試所面臨的技術挑戰。
FAST全新工作方式使得調試工作幾乎沒有可參考的成熟經驗，同時調試工作的安全風險極大，一個小失誤就可能會讓望遠鏡遭受滅頂之災。為此，調試團隊完成了一系列創新性的技術應用，例如基於力學仿真技術發展了反射面的實時控制系統、研製了基於全站儀、慣導、衛星導航的多系統數據融合測量技術，進而解決了望遠鏡調試所涉及的一系列測量、控制及安全評估等技術難題。
工作人員正在進行現場調試
FAST在2016年落成之後已經開始啟用，接收來自宇宙深處的電磁波。截止到2019年12月，FAST已成功發現近200顆脈衝星優質候選體，其中超過百顆已通過驗證。受益於FAST的超高靈敏度，我們已經能將國際脈衝星測時精度提升至少一個數量級，這將使人類有望首次具備探測納赫茲引力波的能力。同時，FAST也將極大擴展射電波段可觀測樣本的數量，拓展人類認知宇宙的視野。
FAST接收到的某脈衝星發來的週期性電磁波信號
FAST在未來將幫助人類回溯宇宙最原初的影像，幫助我們理解快速射電暴這類最神秘天文現象的物理起源，讓我們有機會發現更加奇異的天體，例如脈衝星-黑洞雙星系統。那樣人類就可以首次精確測量黑洞的質量，還可以在更極端的引力場條件下檢驗愛因斯坦相對論的正確性。
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