FAST发现毫秒脉冲星 背后有着怎样的故事？

500米球形射电望远镜上方的星空。快速摄影团队提供

500米球面射电望远镜快速反射镜上的测量目标。快速摄影团队提供

事情和想象的不一样。

"观察将从今晚9: 55开始，一直持续到明天早上8: 30。"记者最终赢得了进入FAST基地主控室体验望远镜观测的机会，并决定睁大眼睛彻夜不眠。

不久前，中国科学院国家天文台宣布了一个好消息——500米直径的球形射电望远镜首次发现毫秒脉冲星，这再次激起了人们对天文学的热情。因此，《中国青年报-中青在线》记者前往贵州揭露脉冲星发现背后的故事。

但是这个100平方米的控制室太令人惊讶了——没有穿制服的工作人员，没有带有奇怪图形或复杂代码的大屏幕闪烁着不同颜色的灯，没有紧张的密码，没有匆忙的脚步声，没有击掌欢呼...只有一排电脑静静地坐在桌子上，一个年轻人静静地坐在电脑前。

"你的同事还没来吗？"记者试探性地问道。

“他们输入观察数据后已经离开了。我将完成我的总结，然后离开。”这个年轻人的名字叫*恒。他操作笔记本电脑，穿着白色t恤和牛仔裤。他是FAST调试团队的工程师。

现在是9: 55。来自遥远空间的电磁波无声无息地落入群山环绕的大巢中，然后被转换成信号，悄悄地流入计算机集群。计算机默默地运行着数据，试图通过调试人员设计的程序来识别脉冲星信号。

原来，那些惊天动地的新发现是如此平静地诞生的。

中国关于脉冲星的故事是从这个所有声音都是无声的地方开始的。

两位学者的争论

在任何时候，在任何国家，总有一些人想了解这些事情:我们来自哪里？宇宙有多大？最小的粒子有多小？

在贵州的山区，有这样一群人。

在完成工作总结后，*恒打开了一个天象模拟软件，名为星状细胞，展示了一个栩栩如生的空间。"我们的工作有点像淘金."他指着银河系中的恒星告诉记者。

目前，全世界有超过2600颗经过认证的脉冲星，它们可以被用作实验室，让人们研究“最小的粒子”，并帮助探索宇宙是否有边界。这个天体和黄金一样稀有珍贵，它能极大地帮助人类了解宇宙。

然而，在2016年FAST建成并投入使用之前，中国还没有成为人类天文学“淘金热”的主力军。为此，FAST的总工程师南在去世前说:“其他人都有一台大型射电望远镜。我们没有。我想试一试。”

20世纪90年代初，在国家天文台工作的南最初将中国的大型射电望远镜梦想寄托在平方公里的阵列望远镜SKA上。这是一个大型的国际科研合作项目。其技术路线是形成一个100多万平方米的接收区域，配备数千个反射天线和100万个低频天线，从宇宙中收集电磁波信号。

当时，国际射电天文学界有两个活跃的中国面孔，一个是南，另一个是他的弟弟彭波，后来成为FAST项目的副经理。他们轮流飞往国外参加讨论，并决心将斯卡的建设引入中国。其他人笑着称彭波为“斯卡独立大队”，称南人东为“斯卡独立支援队”。

但是有一天，两个互相支持的人吵架了。

这条路走得越远，南人东岳就越觉得行不通。他开始反对在中国建造SKA。“把SKA带过来，杀了你和我，你不会得到它！”他告诉彭波，南的学术风格以“谨慎保守主义”著称。

“先拿过来！杀了你和我，还有其他人！”彭波和南人东正好相反。他的绰号是“彭将军”。他以敢于思考、敢说、敢做而闻名。

经过多次论证，天文学家、南仁东、彭波的兄弟吴圣贤认为，在中国建造一个直径约500米的射电望远镜是最合适的，它可以超越现有设备，是切实可行的。今天，我们将团结我们的思想，将斯卡的梦想移植到FAST上。

因此，一群热衷于探索终极问题的人开始了他们自己的事业。

为了解决望远镜的支撑问题，他们需要找到一个天然的“大坑”，望远镜像锅一样“坐落”在其中。为了解决电磁波信号接收器即馈源舱的运动问题，需要设计一种可靠而经济的机械结构。为了使望远镜能够在最大范围内灵活地跟踪天空中的目标，他们需要望远镜的反射器来移动——正是这些挑战迫使FAST进行了三项重大技术创新。

梦想带着创新的风险，一步一步把时间坐标推到今天。他们成功了，FAST成为世界上最灵敏的射电望远镜。

然而，在FAST工程团队的前三名中，南和吴生银已经去世。当时被认为是年轻人的彭波也戴着老花镜。

彭波还记得早年作为留学生代表接受德国电视节目采访时，他说:“中国也应该在望远镜灵敏度发展曲线的坐标图上指出点！”一位朋友听了这话，私下对他说:“你在德国敢吹牛。如果你想表明自己的观点，你必须成为第一，成为世界领导者。”

“当老板就是老板！”他回答道。自FAST诞生至今已有20年，如今它已成为世界上最敏感的“淘金”设备。虽然花了很长时间，彭波没有吹嘘。

"建造望远镜的过程就像怀孕一样."即将结束的*恒告诉记者，他回头看了看总控制室的显示屏，然后说，“我们现在调试的过程相当于抚养这个孩子。”

到了2018年，年轻人继续寻找终极问题的答案。

没有先例可循。

FAST调试团队于2017年4月正式成立，共有10名成员。出生于20世纪80年代的岳有龄是调试团队的负责人之一。调试团队的成员大多是FAST团队中的第二代和第三代，他们现在也是骨干力量。

当FAST的三项令人自豪的独立创新延续至今时，这意味着世界上没有调试的先例。这些平均年龄超过30岁的科学家和工程师，正在小心翼翼地为射电天文学观测开辟一个新的中国解决方案。

"简而言之，快速相当于人类感官的延伸."主控室的计算机集群发出嗡嗡声。晚上11点，*恒继续做一个类比。

我们的感官无法识别和处理来自宇宙中天体的电磁波信号。FAST的操作系统作为一种媒介，收集、处理信号并将其重新翻译成人类能够理解的形式。

然而，中间的转换过程非常复杂。为了观测脉冲星，天体会周期性地向地球发射微弱的电磁波，其中一些电磁波会落在FAST的反射面上。反射面将电信号收集到进料舱内的接收器。接收器将电信号转换成光信号，并通过光缆将光信号传输回主控室。光信号然后被转换回电信号，电信号然后被转换成数字信号。计算机集群根据预设程序存储和计算这些数字信号，最后根据科学家的分析识别出一系列代表脉冲星的特殊信息。

由于FAST新颖的技术路线，在上述逗号之间有无数问题等待调试人员解决。

岳有龄告诉《中国青年报中青在线》记者:“截至去年底，该望远镜的功能调试任务已经完成，性能调试至今。望远镜性能的提高就是精度的提高。”

因此，他们现在的日常工作是在白天“挑出精确度”，并在晚上尝试观察它。

从远处看，它就像一个直径500米的大锅。锅的边缘有600米高的塔。每座塔都伸出一根钢索。六根钢索承载着一个不规则形状的白色船舱移动。船舱下面是一个由4450块三角形面板组成的“锅面”，而“锅底”有一个由数千根钢缆编织而成的索网，用来支撑“大锅”的运动和拉动“锅面”。

要让这个巨大的装置达到郝米的精度并不容易。“精挑细选”的过程可以说是危险、困难、复杂和沉重的。人们经常在某个问题上陷入困境，“一张卡就是一两个月”

例如，在快速主动反射表面的面板之间有2225个节点。柔性钢索拉动节点位置移动，带动面板移动，形成不同的抛物面，达到反射面可以“跟踪”的效果。每根缆绳都由插在大巢草丛中的液压杆驱动。工程师张志伟管理着这2225个执行器。自试运行以来，“通信延迟”、雨、雾、鼠、蚁等事故时有发生。经常发生。为了使反射器面板“顺从”，张志伟在一年多的时间里设计了成千上万组参数，以满足各种反射器的变形要求。现在反射器节点的理论和实际位置误差被控制在5毫米以内。

例如，当准确度达到标准时，FAST收集的数据将成为科学家的可靠分析数据。连同他们设计的算法，他们在大量数据中寻找脉冲星。然而，困难在于这样一个事实，即尽管众所周知脉冲星会发出周期信号，但世界并不确切知道周期是什么。可能是0.01秒，0.011秒，0.1秒...岳有龄说，所以科学家需要不断改进算法来检查各种可能的周期，而且工作量确实不小。

岳有龄认为，很难量化FAST调试的进度。尽管试验观测的效果已经超过了现有的其他射电望远镜，但要达到“良好的使用效果”，还有无数的问题需要解决。

“我们不怕酷刑。我们可以找到问题所在，我们只需要找到解决问题的方法。”在岳有龄看来，调试中遇到的“麻烦”可以用“有趣”来形容。

岳有龄是一名天文学博士后。他38岁的时候已经是白发苍苍了，但他仍然有一双18岁的眼睛，眼睛里写着理想和激情。他并不觉得苦涩，"是那些年轻人做出了巨大的贡献。"

我们也很棒

在调试工作中，岳有龄的角色是站在望远镜硬件调试和脉冲星算法搜索的交界处，负责保证信号准确地从望远镜流入算法。

现在，岳有龄时不时地从北京跑到贵州，穿得像个满身灰尘的背包客。他是那些愿意追求终极人类问题的人之一。

他可以连续两个小时耐心地谈论脉冲星、引力波、黑洞、快，但他不能谈论自己。如果你想问他为什么如此喜欢呆在FAST来解决各种“麻烦”，他只能拍拍自己的大腿，开心地重复三遍:“我觉得这个东西特别有趣...它特别有趣！即...即...也就是说，你小时候学的东西，现在你终于可以自己做了！”

任栋和彭波已经为FAST奉献了20年。岳有龄和张志伟也工作了近10年。在这些“牛人”面前，*恒觉得自己像一只“小蚂蚁”一样微不足道。但他也在这个非凡的项目中找到了自己的价值感。

在总控制室与*恒的谈话持续到晚上12点，话题从“谈论技术”转向“谈论生活”和“谈论理想”。

“你为什么说你看起来像只蚂蚁？”记者问道。

"我们正在做的实际上是非常小和基本的."FAST团队中有许多人像*恒一样做基础工作。他认为:“人就像移动的蚂蚁。他们不知道谁应该为搬起一块石头负责，但没有石头，谁也做不到。”

利用他的呼吸困难，他把书面工作总结邮寄给他的上级。

"当你发现脉冲星时，你兴奋吗？"记者问道。

“兴奋吗？真遗憾！”这是他的第一反应。

“当我们发现第一颗脉冲星的候选时，我们没有立即告诉南老师。直到我们通过认证，我们才告诉他。他从未回过邮件。”*恒说:“南老师知道这个孩子会离开并逃跑，但他没有看到他获奖。”

2017年10月10日，中国科学院国家天文台宣布了FAST的首批结果——FAST探测到的6颗脉冲星候选星通过了国际认证，这是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。但南于9月15日去世。

“然而，我仍然会快乐。”*恒想了想又说道。

宇宙的浩瀚是不可想象的。可观测的宇宙包含1000亿个像银河系一样的星系，而人类居住的银河系包含1000亿个像太阳一样的恒星。可以想象，当这些天体通过遥远的时间和空间到达地球时，它们发出的电磁波已经非常微弱。射电天文学从20世纪60年代开始发展。所有接收到的电磁波都被转换成热量，不能燃烧一杯咖啡。

*恒认为，尽管人类的感官无法直接感知宇宙中如此微弱的信号，“但他们可以用自己的一小团脑花想出各种方法来确定宇宙中正在发生什么。”有时候，我们也很棒！"

第二天下午，*恒提到的“蚂蚁”工程师们一个接一个地聚集在主控室，为当天的观测做准备。他们继续通过“移动的蚂蚁”探索发展射电天文学的中国解决方案。

目前，FAST已经发现了超过15颗脉冲星。接下来，它将从一个脉冲星“专家”转变为一个多居所的“观察天空的工具”。

最近，“天眼”升级了它的“天眼”，并安装了一个新的馈源——目前世界上唯一的19波束接收器。与原有的单波束接收机相比，这种新设备不仅可以将FAST的天空探测效率提高几倍，而且可以实现多个科学目标的同时观测。

这意味着更多的中国故事不仅会在未来的脉冲星中产生，也会在天文观测中产生，比如中性氢。

《中国青年报》、《中国青年在线》记者张茜资料来源:《中国青年报》(2018年6月4日，第12版)