11月22日，由《财经》杂志、财经网、《财经智库》联合主办的“《财经》年会2024：预测与战略”在北京举行。在“科技前沿：突破与应用”议题中，中国天眼（FAST）总工程师姜鹏发表了主题演讲，他表示中国天眼工程这个概念就是一个球面和抛面的偶然巧合，其主要特点是具有巨大的口径和高度灵敏的接收系统。
姜鹏介绍道，望远镜的发展历史就是追求灵敏度的历史，FAST已经实现世界上毫无争议的最灵敏的望远镜，FAST这个世界第一不是一点点领先，而是数倍的领先，相当于其他百米级望远镜灵敏度提升了1倍，中国第一次在灵敏度这个参数站到了制高点。
在会上，姜鹏进一步表示“FAST不管多么灵敏，它也是个粗头的铅笔，它看一个天体画图像的时候就像用铅笔素描一样，我们能看见不一定能看清细节，在一些成像需要观测的领域，比如中性氢气体结构方面它有它的短板，未来FAST设备肯定要发展，天文学还要继续向前进步。”
中国天眼（FAST）总工程师姜鹏
以下为部分发言实录：
中国天眼工程全称是500米口径球面射电望远镜，是射电波段的望远镜，射电天文学已经发展八十年接近九十年了，产生了大量的射电望远镜。望远镜的发展历史就是追求灵敏度的历史，口径越做越大，射电天文学发展将近一个世纪，为我们贡献哪些发现呢？它找到了脉冲星，找到了宇宙的背景辐射，找到了类星体，是我们已知最遥远的星系，大大拓展人类对宇宙的认知，迄今为止授予的天文学诺贝尔奖里有6项以上跟射电天文学相关。不管望远镜发展多久，有多少台望远镜，有台望远镜不能被忘记，它就是阿雷西博望远镜，1963年投入使用，长达57年的“服役”历史里一直霸占着这个波段的霸主地位，没有人可以撼动它的领先地位，1993年泰勒因利用阿雷西博望远镜产生的成果而获得了诺贝尔奖。
我们还有没有机会把人类的视野往前一步，这个望远镜已经统治了长达近60年，有没有办法让中国天文学家第一次站到人类视野的最前沿，这个概念就横空出世了，就是大家熟知的“中国天眼工程”。这个概念就是一个球面和抛面的偶然巧合，传统望远镜都是抛面天线，抛面和球面有多少距离，是科学家们不曾思考的问题，先建一个基准球面，在基准球面放一群微小的装置，只需要微微改变一下反射面形状，我想观测右上角S2，左下角形成一个抛面，余下的问题就是怎么把接收机以正确的姿态放到焦点位置上就可以了。经过十余年的验证和测试、理论分析，形成了一套完整的望远镜概念。
这个工程主要有几个特点，第一它超大的工程体量，一般的鸟巢体育场最大的体量300米，但是FAST工程体量反射面500米，索驱动600米，对于土木工程来讲也是超大型的，对于精度来讲是超高精度要求，反射面精度要达到RMS2.5个毫米内，馈源舱在天上通过6根绳子定位就能做到10毫米，一个手指头那样的长度，这些精度都是细如发丝的工程机械精度，我们这个精度需要20万分之1，这是挑战人类工程极限的案例。同时它所有的部件都需要运动，反射面要在球面和抛面之间频繁切换，而且要在不同的位置形成，它具备极其特殊的工作方式，这几个难点再结合最后一点来讲，它要在喀斯特地貌下实施，意味着大型工程机械没法进场，很多大型的安装设备没法进场，很多施工技术几乎都是为了FAST专门设计的，包括圈梁安装方案、索网安装方案都是如此。
中国的大型工程安装技术在世界上是很先进的，但是在FAST上还是捉襟见肘。它的工作方式和传统望远镜完全不同，传统望远镜一般有个俯仰轴方位轴，对于FAST来讲反射面控制需要2千多台促动器同时运动，只要一根索驱动出现问题，望远镜就无法正常运行，所以对故障的容忍度是传统望远镜无法比拟的。包括在贵州野外，这类系统不像传统望远镜，它是两套大跨度的柔性的实时动态的控制系统，两套系统上面是600米跨度的索驱动，下面是500米跨度的索网，都是柔性的，而且公里级的尺度实现毫米级的定位精度，同时它要应付贵州多雨多雾的环境，实现全天候的运行能力，这个对于望远镜的测控要求是极高的。
举个典型的案例，它馈源舱的测控技术。在卫星导航定位技术的基础上又融入了全站仪的光学测量设备，多系统融合，每种技术手段都有自己的优点缺点，实现了不同测量手段之间的优势互补，最终望远镜不仅可以实现毫米级定位精度，而且实现全天候的运行能力，大家如果有机会到望远镜现场，不管是电闪雷鸣还是瓢泼大雨，望远镜都可以做到公里级上毫米级的定位精度。这些技术应用之后，FAST已经实现世界上毫无争议的最灵敏的望远镜，FAST这个世界第一不是一点点领先，而是数倍的领先，相当于其他百米级望远镜灵敏度提升了1倍，中国第一次在灵敏度这个参数站到了制高点。
有哪些科学成果呢，快速射电暴，是非常奇怪的天文学现象，引起了全世界天文学家的兴趣，成为天文学最前沿的问题之一，在很多观测里我们只能看到一闪而过的景象，因为它太微弱了，直到FAST出现，我们第一次清晰测到了它的变化，偏振角一直在变化，预示着在射电爆发过程中有个磁星层起到作用。2020年真的捕捉到了快速射电暴，这项成果获得2022年Science评选的十大科学突破和发现。另外一个成果是脉冲星双星系统，发现的意义不仅仅是轨道周期最短，最重要的是证实了蜘蛛脉冲双星演化过程的一环，就像蝴蝶跟茧蛹一样，一个最简单的办法就是在破茧成蝶那一刻拍一张照片，双星演化理论给出一个完整的证据链条，这也是第一次做到的，这项成果在Nature上很快就发表了。另外就是中性氢窄线自吸收的测试系统，很多天文学家都认为在恒星形成过程中，磁场在一定程度会起到一定阻碍作用，以前所有的望远镜都做过测试没有得到结果，FAST第一次测到了磁场的强度，这个对恒星形成过程中演化理论提出了挑战，磁通量这个问题到底怎么认知，经典理论是不是有问题，要不要建立新的理论来解释这个事情都是问题。
宇宙中的氢原子气体系统，全世界所有的望远镜都不停地对它探测，FAST依然有新的发现，发现了尺度为200万光年的大型中性氢气体结构，带来的问题让我们很难理解，按理说这么微弱的中性氢气体结构，经过宇宙很多的紫外线等等的辐射，它为什么能如此长久地存在，这也是星系形成经典理论演化解释不了的。我们经常说一个理论学家最得意的就是找到一种理论能解释所有的现象，对于观测科学来讲，最得意的是找到一种现象，现有的理论都解释不了，这两个观测的意义就在于此。今年探测到的黑洞的脉搏，周期振荡现象也是如此，我们理论都解释不了，这些也是世界最大的望远镜带给我们的收获，我们希望在这方面未来会有更多的成果。
最后一个代表性的成果就是前一段特别火热的引力波背景的发现，假设周围的黑洞是均匀分布的，我们应该能探测到这样的引力波背景，1983年两个科学家预言的引力波背景曲线，1983年开始就成立了数个引力波探测组织，一直想找到这条曲线，探测了几十年都没有得到一个满意的结果，直到FAST2019年投入运行，由于我们灵敏度非常高，只用了三年零几个月就达到后发先至的成果，探测的灵敏度得到的置信度是4.6，国外只有4.0，FAST非常有希望在今年年底或者明年年初把置信度做到5.0，如果做到5.0的话又将是轰动世界的科学成果。
总结一下，FAST从运行到现在为止发现的脉冲星数量已经超过840颗，是同一时期国际上所有其他望远镜发现脉冲星总数的3倍以上，同时在Nature、Science发表论文已经超过十篇，还入选了2020年的Science和Nature评选的十大科学突破和发现，包括2021、2022两院院士评选的十大科学进展，尤其最近三年大科学装置的优秀设施评选中我们连续三年获得第一名，这些参评装置中不乏著名的大科学装置，可以说FAST是非常高性价比的一种投入，它的投资仅有11.49亿人民币，大概不到2公里地铁的成本。我们已经有这些发现了，是不是还有更期待的科学成果。如果能发现脉冲星与黑洞的双星系统，脉冲星绕着黑洞，脉冲星质量限定的非常明确，如果发现这样一套系统就可以第一次非常精确地测量黑洞质量，而且现在所有的引力波验证结果来源脉冲星双线系统轨道衰减的过程，如果有这样一套系统的话，我们就可以在更极端的引力场条件下，检验爱因斯坦相对论的正确性，如果爱因斯坦相对论有瑕疵的话，这套系统就是更有力的检测数据。
它会影响我们的生活吗？FAST除了天文科学之外是不是能给我们带来一些用途，是有的。FAST除了探测引力波，另外一个功能是建立自主可控的时间基准，脉冲星的信号极其微弱，它虽然很精准但是却不容易测得准，因为经常会淹没在设备的系统噪声里，如果有FAST的话，我们将有可能利用它超高灵敏度第一次把脉冲星测试精度做到30个纳秒以内，时间精度就是我们的导航精度，所有的导航精度都跟时间相关，几乎所有的物理量在溯源的时候都会向时间递归，30纳秒带来的优势是导航精度可以做到9米左右，这个对于工业一般的用途来讲就足够了。脉冲星测试面临的不仅仅是引力波探测的科学，而是面向我们的生活了，用脉冲星做时间标准还有几个好处，它是自然的天体不受人为干扰，你可以随时获取，另外它有非常好的长周期的稳定性，现在原子时已经独孤求败了，它说差几个纳秒就差几个纳秒，我们没有任何能力跟它辩驳，如果有这样一套系统的话就可以以年或者十年周期检验原子时是否有问题，我们提供了其他的手段对原子时提出挑战，它可以帮助我们国家建立精准可控的时间基准体系，我们现在的时间并不是精准的，如果有这套系统的话，我们完全有可能建立自主可控的时间基准体系，为我们国家的空间战略起到非常重要的作用。
FAST未来何去何从呢？设备肯定要发展，天文学还要继续向前进步，对于FAST来讲我们是不是未来有规划？FAST并不是完美的望远镜，它也有它的问题，我最简单地形容一下单口径望远镜的缺点，FAST不管多么灵敏，它也是个粗头的铅笔，它看一个天体画图像的时候就像用铅笔素描一样，我们能看见不一定能看清细节，在一些成像需要观测的领域，比如中性氢气体结构方面它有它的短板，怎么解决这件事情呢？几十年前就给出了结论，利用几台望远镜组成“甚长基线干涉技术”，2019年拍的黑洞照片就是源于这项技术，全世界十几台毫米波的望远镜同时对黑洞进行观测，第一次把黑洞神秘的面纱揭去展示给世人。如果我们在FAST周边建20台到30台天线，一台天线1000万的成本，二三十台两三个亿的成本，这个粗头的铅笔就会变成一个高分辨率的数码相机，我们就可以对一些精细结构进行成像，我们对一些星系的精细结构实现全方位的研究，对一些黑洞潮汐瓦解事件都是非常有力的工具。这项技术如果成立的话带来的收益不仅仅是展现源的定位会得到全方位突破，会大幅丰富FAST覆盖的科学内容，要知道世界上最灵敏的最高效科学产出的阵列叫VLA，如果有FAST加持的话，这套阵列的灵敏度将远超VLA，蕴含的科学内容一定是极其丰富，我们已经做了很多工作，选址、做一些点位测试、覆盖的测算，跟主流的阵列同样的性能，这个性能代表成像能力的水平，它就可以变成高分辨数码相机，能回答一些前沿的天文学的理论问题。这项工作已经启动了，我们两台天线已经开始建设，已经招完标签署合同，计划明年就开始建设工作，希望在两三年之内至少完成六台天线的建设，这项技术并不简单，涉及先进接收机的研制等等关键技术，我们希望通过前期的实验阵把这些技术一步步解决。让我们期待，也许未来已来，正在路上，谢谢各位！
