中国天眼高质量开放运行，取得系列重要科学成果

　　中国天眼（FAST）自2020年1月11日通过国家验收至今已近两周年。两年来，中国科学院国家天文台按照“高水平管理和运行好这一重大科学基础设施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”的要求，在全力组织做好FAST高质量开放运行的同时，第一时间成立了FAST科学委员会、时间分配委员会和用户委员会，统筹规划科学方向、遴选重大项目、制定数据开放政策、分配观测时间等。为充分发挥FAST科学效能，促进重大科学成果产出，科学委员会围绕FAST优势科学目标，征集遴选了五个优先重大项目，组织全国优秀科研团队，开展大团队集中攻关，取得了一系列重要成果。

　　图1. 中国天眼FAST

　　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。

　　FAST运行效率和质量不断提高，年观测时长超过5300小时，已远超国际同行预期的工作效率，为FAST科学产出起到重要支撑作用。截至目前，FAST共发现约500颗脉冲星，成为自其运行以来世界上发现脉冲星效率最高的设备。

　　图2. 中国天眼多科学目标同时扫描巡天艺术图

　　（版权：国家天文台）

　　2021年，依托FAST又取得了一批重要科研成果。

　　FAST中性氢谱线测量星际磁场取得重大进展。中性氢是宇宙中丰度最高的元素，广泛存在于宇宙的不同时期，是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。国家天文台庆道冲、李菂领导的国际合作团队采用原创的中性氢窄线自吸收方法，利用FAST首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。发现星际介质从冷中性气体到原恒星核具有连贯性的磁场结构，异于标准模型预测，为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。-该成果论文于北京时间2022年1月6日在国际学术期刊《自然》杂志以封面文章形式正式发表。

　　图3.《自然》杂志封面设计稿，呈现金牛座分子云天区的星际介质和磁场。曲线为普朗克卫星测量的磁场方向图，本底星云来自赫歇尔空间望远镜拍摄的尘埃图像。

　　获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本，首次揭示快速射电暴的完整能谱及其双峰结构。快速射电暴（FRB）是宇宙中最明亮射电爆发现象，起源未知，是天文学最新热点。国家天文台李菂、王培、朱炜玮领导的国际合作团队利用FAST对快速射电暴FRB121102进行观测，在约50天内探测到1652次爆发事件，获得迄今最大的快速射电暴爆发事件样本，超过此前本领域所有文章发表的爆发事件总量，首次揭示了快速射电暴的完整能谱及其双峰结构，成果论文于2021年10月14日在国际学术期刊《自然》杂志发表。FAST多科学目标巡天已经发现至少6例新FRB，正在为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新的领域做出独特的贡献。

　　图4.（左图）快速射电暴FRB 121102平均每小时爆发率的能量分布。在低能端90%探测完备性下测量到低于特征能量E0=4.8x1037erg开始出现爆发率下降，展现了复杂能量分布。（右图）FAST观测快速射电暴艺术想象图，图中脉冲来自FAST观测FRB 121102真实数据。

　　“银道面脉冲星快照巡天”项目持续发现毫秒脉冲星。发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一。国家天文台韩金林领导的FAST重大优先项目“银道面脉冲星快照巡天”在不到两年时间，累计观测了约620个机时，完成了计划搜寻天区的8%，截至目前该项目新发现279颗脉冲星，其中65个为毫秒脉冲星，在双星系统中的有22颗。相关论文于2021年5月在国内学术期刊《天文和天体物理学研究》发表。国际著名学者澳大利亚科学院院士Manchester教授评价“发现这么多脉冲星令人印象深刻”，“发现如此众多毫秒脉冲星，是一个显著的成就”。该工作执行1年半所发现的脉冲星数已经超越美国阿雷西博望远镜15年的搜寻结果。

　　开展多波段合作观测，开启脉冲星搜索新方向，并打开研究脉冲星电磁辐射机制的新途径。基于FAST灵敏度国际领先的优势，将FAST与高能波段的重要空间天文设施费米伽马射线天文台大视场望远镜（Fermi-LAT）相结合进行天地一体化协同和后随观测，具有产生重大科学突破的潜力。国家天文台李菂、王培领导的国际合作团队发现了多颗脉冲星，并开展了多波段观测分析。相关成果于2021年12月在国内学术期刊《中国科学》上以封面及编辑点评文章形式发表。多波段合作观测不仅开启了FAST脉冲星搜索新方向，而且打开了研究脉冲星电磁辐射机制的新途径，为研究中子星星族演化和探测引力波提供更多样本。

　　图5.（左图）PSR J0318+0253位置和积分脉冲轮廓。a）FAST一小时跟踪观测的射电波段积分轮廓；b）折叠Fermi-LAT累积9年数据所获得的伽马光子积分脉冲轮廓。（右图）FAST-FermiLAT合作开展脉冲星观测艺术想象图，《中国科学》2021年第12期封面。

　　基于超高灵敏度的明显优势，FAST已成为中低频射电天文领域的观天利器，未来将在快速射电暴起源与物理机制、中性氢宇宙研究、脉冲星搜寻与物理研究、脉冲星测时与低频引力波探测等方向产出深化人类对宇宙认知的科学成果。

　　2021年2月5日，习近平总书记在考察贵州时，专门听取了FAST工作汇报，并视频连线慰问现场工作人员。习总书记指出，中国天眼是观天巨目、国之重器，实现了我国在前沿科学领域的一项重大原创突破。总书记对中国科学院和广大科技工作者的亲切关怀，体现了对科技自立自强和强化国家战略科技力量的殷切期望。中国科学院将以更为开放的姿态向全球共享科学研究设施，为国际天文学界提供高水平的观测平台，促进天文研究国际合作，提升我国天文研究的国际地位和影响力，用“中国智造”为构建人类命运共同体贡献“中国智慧”，推动世界科技发展和人类文明进步。