| 从伽利略到“中国天眼”，我们怎样凝望宇宙？ |
| 发布时间: 2026-04-29 |
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探索宇宙是人类拓展认知边界的不竭动力，射电天文则是人类聆听深空低语、捕捉宇宙极弱信号的关键通道。从《三体》的红岸基地到中国天眼（FAST）在群山间凝望宇宙，这是一场关于好奇心、工程奇迹和科学精神的接力。 今日，中国科协之声与您共同走进国家科技传播中心学术发展讲堂，听听中国天眼总工程师姜鹏如何讲述射电天文的百年风云→
人物简介 姜鹏，中国科学院国家天文台副台长，中国天眼总工程师。主要从事射电天文技术与方法方面的研究。 百年回望：射电天文，打开观测宇宙的新窗口 近代天文学以伽利略首次用望远镜观测太空为起点，打破地心说束缚，正式开启人类借助工具探索宇宙的时代。
地球并非唯一的“中心” 早期天文观测依赖光学波段，而大气层同样透明的无线电波段因不可见长期被忽视。直到卡尔・央斯基在排查电话干扰时，意外捕捉到来自银河系中心的稳定射电辐射，射电天文学由此诞生。此后，格罗特・雷伯自制首台专用射电望远镜，确立抛物面天线的经典结构，让射电天文步入主流。
格罗特・雷伯自制首台射电天文望远镜 早期射电天文因观测波长远大于光学波长，受技术限制，其观测分辨率先天不足，导致其在发展初期的很长一段时间内，关注度和研究热度远低于光学天文，未能得到学界的广泛重视。奥尔特利用宇宙中丰度最高的中性氢绘制银河系漩涡结构，让射电天文首次实现对光学观测的超越，并催生了射电频谱学这一新学科。马丁・赖尔发明综合孔径技术，从根本上解决了分辨率难题。至今，利用综合孔径成像的分辨率已经达到微角秒量级，比光学天文还要高一到两个数量级，为黑洞拍照等重大成果的发现奠定了基础。
马丁・赖尔发明的综合孔径技术示意图 宇宙微波背景辐射、脉冲星等里程碑发现不断证明，观测设备的突破是天文学进步的核心动力。而望远镜的发展史，本质上是一部不断追求更大口径、更高灵敏度的历史。
望远镜灵敏度发展Living Stone曲线 1972年德国建成100米全可动射电望远镜，触及当时机械工程极限；美国阿雷西博望远镜自1963年建成后，凭借300米级口径长期统治同波段观测近半个世纪，成为该领域的标杆。
德国100米全可动射电望远镜
美国阿雷西博望远镜 破局之路：中国天眼，从“巧妙思路”到“大国重器” 如果说阿雷西博是工业时代的奇迹，那么FAST则是人类智慧对物理极限的又一次挑战。 FAST的诞生源于一个简单的几何巧合。南仁东先生和同事们计算发现，一个300米的抛物面与球面的最大偏差仅0.47米。这个微小数值，成为了FAST成立的基石——既然偏差如此之小，为何不先建巨大球面，再在局部实时形成抛物面？
FAST设计概念 然而FAST从概念走向现实，必须攻克三大核心工程难题： 第一，找个合适“眼窝”。在平地上挖一个500米口径的坑，仅土方工程就需要约50亿元，远超预算。因此必须借助天然洼地。此外，FAST还需要极其优良的电磁波环境，天文信号极其微弱，可以说射电天文观测相当于在雷声中找针头落地的声音。因此台址必须人烟稀少、电磁环境纯净。同时，不能积水、不能有频繁地质活动。贵州喀斯特地貌完美满足这些条件。
贵州喀斯特地貌 第二，可变形反射面：一张会“呼吸”的索网。FAST不是一口固定的锅，而是能实时变形的柔性索网结构。受阿雷西博启发，团队采用“网兜”式设计：近万根钢索编织的索网挂在环梁上，通过2000多根下拉索和地面促动器控制其形状——在局部区域形成300米的瞬时抛物面，实现对不同天区的精准观测。
柔性索网示意 第三，超远距离高精度馈源控制。阿雷西博千吨级馈源平台遮挡严重、效率仅约50%。中国天文学家提出了一个大胆的方案：用6根绳子悬挂一个30吨的馈源舱，几乎无遮挡。为解决姿态控制与风扰晃动问题，舱内加装A、B轴机构调整指向，再以Stewart平台实现二次精调。这套“递进式优化”的复杂系统，最终在600米跨度上实现10毫米级定位精度。在参与FAST之前，我认为这是“最不符合现实的设想”——但最终，中国团队将不可能变为可能。 FAST超远距离高精度馈源控制演示 FAST口径达500米，体量相当于30个足球场，建设过程凝结了数千名建设者的艰辛付出，人工挖孔、空中散拼钢索等极限施工，最终以11.49亿的低成本和5年半建设周期完成。在调试阶段，团队攻克双柔性系统跨尺度控制难题，通过多测量手段数据融合，每年为FAST争取超2000小时观测时长，最终使其灵敏度达到阿雷西博望远镜的3倍，成为全球最灵敏、同时也是运行高效的单口径射电望远镜。 FAST望远镜 FAST科学成果：突破认知边界 自投入运行以来，FAST持续产出具有国际影响力的重大科学成果。它发现了轨道周期仅53分钟的脉冲星双星系统，精准捕捉到双星演化的临界瞬间，填补了天体演化链条的一项关键空白。 脉冲星信号示意 在纳赫兹引力波探测中，FAST仅用3年多观测数据就将置信度提升至4.6σ，位居国际最高水平，距离5σ的终极验证仅一步之遥。相关成果发表于国内期刊，获得极高的引用量，并被《Science》评选为十大科学突破。 FAST探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据示意 这也证明了，真正优秀的科学成果无需依赖国际期刊佐证，自主学术平台同样能支撑重大成果传播。与此同时，FAST在快速射电暴、中性氢宇宙、暗星系等前沿方向不断突破，持续刷新人类对宇宙的认知版图。 姜鹏讲解FAST探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据 FAST未来升级：阵列化补齐短板，迎战国际竞争 单口径望远镜分辨率不足，是FAST必须突破的瓶颈。因此我和团队提出了FAST二期阵列升级方案：在FAST周边建设数十台40米口径天线，组成以FAST为中心的综合孔径阵列，同步提升望远镜的灵敏度和分辨率，实现观测效能的跨越式提升。这一升级可精准定位高红移快速射电暴、绘制星系旋转曲线、研究红移2时期宇宙星系演化，破解当代宇宙学核心争议。 FAST二期阵列升级方案演示 面对2030年前后国际SKA、ngVLA、DSA-2000等大科学装置的激烈竞争，FAST的阵列化升级将持续巩固中国在射电天文领域的领先地位，保持观测优势与科学话语权。
“现实版的红岸基地”——FAST核心阵效果图 天文的深层价值：探索未知本源，启迪科学与未来 爱因斯坦曾经说过：宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然可以被理解。天文学看似“无用”，却催生了Wi-Fi、核磁共振、高精度通信等关键技术；它始终直面宇宙起源、星体演化、生命起源三大终极命题，回应人类最本真的好奇与追问。 更重要的是，天文学以观测破除迷信、以理性唤醒思考，成为开启科学精神、点燃青少年探索热情的最佳入口。这种对未知的执着、对真理的坚守，不仅是射电天文不断突破的动力，更是人类文明向前拓展的永恒力量。
对谈环节，由中国科学院国家天文台研究员姚蕊担任主持人，与北京天文馆研究员朱进、南京大学天文与空间科学学院教授邱科平、中国天眼总工程师姜鹏一起，围绕射电天文前沿技术、大科学装置运维创新与青年人才培养展开深度对谈。 天文学是由好奇心驱动的基础研究 朱进说：“天文学是一门最纯粹的自然科学基础研究，它是好奇心驱动的。”他对比了数学物理与天文学的区别：“数学物理需要学霸，需要好胜心特别强的人；但天文学不需要学霸，需要好奇心特别强的人。”他认为射电天文特别需要工程、技术、管理背景的人才。 在科普传播方面，朱进认为射电天文学的公众认知度较低，需要加强宣传。他建议利用《天文爱好者》杂志、天文馆球幕、展览等平台，鼓励“公众参与科学”，并呼吁实现光学、射电、空间天文等不同领域的联合科普互动。 北京天文馆研究员朱进交流观点 未来5到10年是射电天文的黄金时代 邱科平认为，天文学的价值不仅在于解决重大问题，更在于提出革命性的新问题。天文学很有意思，有些是已知的未知，还有一些是未知的未知，发现问题的价值不低于解决问题，有时甚至更加重要。 对于从事天文学的建议，他说：“天文是门槛很低的，特别是做观测天文。大家不要觉得天文学是那么一个阳春白雪，门槛非常高。”他认为，无论是对天体物理好奇的人，还是擅长计算机、数据挖掘、人工智能的人，都能在射电天文领域找到用武之地。他特别提到，未来5到10年是射电天文的黄金时代。 南京大学天文与空间科学学院教授邱科平交流观点 活动现场还有百余名来自相关高校、院所的大学生、研究生和中国科协青培工程入选者参加，并与嘉宾进行了热烈交流。 射电天文数据量大且大多无标注，未来能否通过无监督AI自动发现潜在规律，甚至提出新的物理理论？ 姜鹏 中国天眼总工程师 AI是趋势，但不能完全取代天文学家。新物理规律首先需要新的物理假设和想法，然后才能通过数据验证。已有的数据中确实还有低信噪比的信号未被挖掘，比如在帕克斯望远镜的旧数据中就曾发现过新的脉冲星。但提出新问题比解决问题更高级，这目前还是人的优势。 邱科平 南京大学天文与空间科学学院教授 所在团队曾用传统物理方法和AI方法处理同一组数据，当数据发生变化时，传统方法仍然合理，但AI得出了不合理的结果。原因在于AI缺乏深层的物理约束。并不否定AI的价值，但目前AI还不能替代人对物理规律的理解。 朱进 北京天文馆研究员 天文学家可能是最后一个被机器人替代的职业。AI经过训练后，确实有可能从海量的图像数据中，挑出一类全新的、谁都没见过的天体。但是要基于这些新发现去总结、提出一个前所未有的物理规律，这可能就是人跟机器最大的一个区别：AI可以发现不同，但只有人才能理解为什么不同，并完成从现象到新定律的创造性飞跃。 如果未来真的收到外星人信号，应该如何处理？霍金说不要回答，你们怎么看？ 姜鹏 中国天眼总工程师 同意“不要回答”，因为不知道外星文明是善是恶。但FAST只接收不发射。虽然概率几乎等于没有，但如果真的确认是外星信号，那一定是高机密事件，需要先分析清楚。 邱科平 南京大学天文与空间科学学院教授 如果确认是地外文明信号，大部分人可能都会选择先不回应，先搞清楚对方的发展阶段和意图。这件事本身会极大促进地球科技发展，大家一下子就像打了鸡血一样，加速各方面技术提升。 朱进 北京天文馆研究员 首先提醒大家，对于媒体报道的信息需要核实霍金原话。其次，地球人早在1974年就通过阿雷西博望远镜向外发射过包含地球位置的信号，过去100年里人类一直在以光速向外辐射无线电信号，所以要不要回答没有实际意义。如果外星文明能到达地球，那他们的科技水平已经远超我们，根本不需要担心抢资源这种事。 FAST二期要在周边建天线，为什么不选在更远地方如漠河和三亚？这样基线不是更大、分辨率更高吗？ 姜鹏 中国天眼总工程师 很专业的问题。分辨率并非越高越好，够用即可。提高分辨率会牺牲对延展结构的探测能力，且需要更亮的源。FAST核心阵的目标分辨率设为0.8角秒，足以将快速射电暴定位到宿主星系。若采用更长基线，数据处理成本也将爆炸式增长，且长基线干涉需集中拷贝数据，数据量会骤增数个数量级。
国家科技传播中心学术发展讲堂 国家科技传播中心学术发展讲堂是中国科协着力打造的一档学术栏目，突出前沿性、思辨性和传播性，面向科技工作者尤其是青年科技工作者，传播学术领域的前沿发展动态。讲堂持续邀请战略科学家、一流科技领军人才和创新团队，讲述突破传统的前沿探索、卓有成效的改进方法、颠覆认知的创新理论以及改写行业规则的研究成果。 （以上为报告节选，观看完整视频请关注中国科协之声、国家科技传播中心微信视频号） |
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