我国"中国天眼"FAST启动综合孔径阵列升级 射电天文观测能力将实现历史性突破

记者从中国科学院国家天文台获悉,为巩固我国在中低频射电天文领域的优势能力、提升重大原创发现的持续产出水平,中国天眼FAST正稳步推进升级规划。

根据方案,相关团队拟在FAST周边布局建设数十台中等口径天线,与500米口径球面射电望远镜形成协同观测系统,构建以FAST为核心的巨型综合孔径阵列,推动观测能力实现跨越式提升。

问题:在射电天文观测中,单口径望远镜的“强项”与“短板”并存。

FAST以超高灵敏度著称,能够捕捉极其微弱的宇宙射电信号,但在精细成像与精确定位方面,受限于单一望远镜的空间分辨率上限,难以在某些关键科学问题上实现“既看得见、又看得清、还能指得准”。

随着国际射电天文设施加速迭代,如何在保持灵敏度优势的同时提升分辨率与综合观测能力,成为FAST迈向更高水平的重要课题。

原因:一方面,快速射电暴等瞬变天体现象具有持续时间短、触发不确定、来源复杂等特点,研究不仅需要“更灵敏”的探测,也需要更高精度的定位与后随多波段协同,才能把瞬时信号与具体天体环境对应起来。

另一方面,围绕哈勃常数分歧、“迷失重子物质”等宇宙学与大尺度结构难题,观测上既需要高信噪比的数据积累,也需要多尺度、多角度的系统性测量,以减少系统误差、提高统计可靠性。

国际同行在阵列化、网络化观测方面持续加力,客观上也推动FAST通过体系升级保持竞争力与引领力。

影响:按照方案,在FAST周边新建的中等口径天线将与FAST形成互补:FAST提供极高灵敏度“接收能力”,周边天线通过阵列合成提升空间分辨率与成像能力,从而显著改善单口径望远镜在精细结构识别和精确定位方面的天然限制。

阵列化观测还将增强对瞬变信号的捕捉效率,提高对复杂天区的巡天、监测与验证能力,使数据质量、观测速度和综合性能同步提升。

升级完成后,FAST有望在天体物理与宇宙学关键领域形成更强的观测支撑:对快速射电暴的起源机制、辐射过程和宿主环境开展更精细的统计研究;对宇宙尺度参数测量提供更丰富的独立证据;并在星际介质、脉冲星、引力波电磁对应体候选信号等方向拓展发现空间。

对策:构建巨型综合孔径阵列,是在既有大科学装置基础上进行体系化能力“再放大”的路径选择。

相关建设将把“单台最强”与“系统最强”结合起来,通过多天线协同观测、统一标定与数据处理,形成覆盖更广、响应更快、定位更准的综合观测体系。

在工程实施层面,阵列布局、射频环境保护、精密计时与同步、数据传输与高性能计算等环节将成为关键支撑点,需要在技术可行性、运行稳定性与长期维护成本之间统筹平衡,确保升级后系统能够高效稳定服务科学目标。

前景:从全球射电天文学发展趋势看,阵列化、数字化与智能化处理已成为提升观测能力的重要方向。

以FAST为核心构建综合孔径阵列,既可继续发挥我国在中低频段的优势,也有助于形成面向未来的观测网络与数据体系,为我国参与国际重大科学计划、提出原创性科学问题并主导验证提供更坚实的平台支撑。

业内人士认为,随着升级推进并形成稳定运行能力,FAST将更接近“多目标、常态化、高效率”的观测模式,成为观测瞬变宇宙、解析物质分布与宇宙演化的重要“超级探针”,在国际前沿竞争中进一步提升我国的话语权与影响力。

从仰望星空到探索宇宙深处奥秘,人类对未知世界的求索从未止步。

FAST升级工程的启动,标志着我国在射电天文学领域从跟跑、并跑向领跑的加速转变。

这不仅是一次技术能力的提升,更是科学精神的传承与创新理念的践行。

我们有理由相信,随着这一世界级科学装置的持续进化,将有更多宇宙奥秘在中国科学家手中揭开面纱,为人类认识宇宙、探索未知贡献更多中国智慧和中国方案。