即將迎來兩周年，「中國天眼」遭遇海量數據挑戰

科技日報記者 何星輝通訊員 李官傑 洪永

59顆優質候選體、44顆脈衝星，這是FAST調試兩年來交出的「科學發現成績單」。國際上沒有先例可循，調試工作頗具挑戰性，FAST團隊克服重重困難，為FAST矯正視力，讓它轉動「眼珠」。

而在19波束接收機投入使用後，FAST巡天能力提高了五六倍，視場也擴大到原來的19倍，除了脈衝星，FAST是否有最新的發現？9月15日，在FAST即將迎來建成兩周年紀念日之際，科技日報記者故地重訪卻了解到，FAST遇到了挑戰——

脈衝星發現「超過預期」

截至目前，FAST共發現了44顆脈衝星，其中19顆獲得國際認證，包括一顆毫秒脈衝星。對此，中科院國家天文台FAST工程副研究員錢磊說，FAST還在調試階段就取得這樣的成果，超出了FAST團隊的預期。這主要歸功於FAST具有極高的靈敏度，在此之前，由於歷史和設備原因，國內其他射電望遠鏡雖已觀測到多顆已知脈衝星，但從未發現過新脈衝星。

脈衝星是旋轉的中子星，由恆星演化和超新星爆發產生，其信號一度被認為來自外星人。宇宙中有大量脈衝星，自轉周期極其穩定，準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。

那麼，FAST是怎麼發現脈衝星的？這些脈衝星又是怎麼認證的呢？

錢磊說，脈衝星的電磁輻射來自於磁極。在脈衝星轉動時，磁極發出的電磁輻射束像海岸上的燈塔一樣，掃過天空。每當脈衝星輻射掃過地球，地面的FAST就收到一個信號，記錄到像「心電圖」一樣的系列脈衝。而後，FAST將信號收集、處理，再翻譯成人類能理解的形式。只是，中間這個轉換的過程非常複雜。FAST反射面將電信號匯聚到接收機，並轉換成光信號，通過光纜傳回總控室，再把光信號轉換回電信號，進而變成數字信號，計算機集群則根據事先設定好的程序，將這些數字信號儲存、計算，並經過分析，識別出能夠代表脈衝星的一系列特徵。

「FAST的搜尋主要有兩種模式，第一種是通過漂移掃描，即望遠鏡固定不動，藉助地球自轉指向不同天空進行盲巡；第二種是對特定的源進行搜尋，包括球狀星團、高能費米點源和M31等。」中科院國家天文台FAST工程總工程師姜鵬說，觀測之後就可以對望遠鏡數據進行分析，尋找可信的周期性信號，再通過人工進行判斷，將其列為候選體，最後通過FAST進行重複觀測或者由其他望遠鏡觀測進行認證。目前，在FAST發現的44顆脈衝星中，有25顆是FAST自己進行認證的，其餘的是通過合作的澳大利亞Parkes64米望遠鏡、德國Effelsberg100米望遠鏡等進行觀測認證。

海量數據帶來巨大挑戰

除了搜索脈衝星，FAST其實還有著更重要的科學目標，包括探測中性氫，以揭示宇宙膨脹、星系形成及演化的奧秘，以及搜尋可能存在的外星生命等等。可以說，擁有世界領先的絕對靈敏度，讓FAST擁有無限的可能。

今年6月初，隨著19波束饋源接收機的投入使用，FAST巡天速度提高了5到6倍，視場也擴大至原來的19倍。這意味著「武功」更高，FAST或許能給我們帶來更大的驚喜。

「這一次有沒有可能發現外星人？」面對科技日報記者的追問，錢磊解釋說，如果確實有外星人的存在，而他們也正好使用無線電的話，那他們應該逃不過FAST的「火眼金睛」。針對外國科學家發現月球表面存在水冰的消息，錢磊表示，在雷達的配合下，FAST也有可能開展相關探測。

如今，幾個月過去了，FAST到底有什麼重大發現？姜鵬坦言，用上了19波束，FAST所產生的海量數據，給FAST團隊帶來了巨大的挑戰。觀測時，以前每秒鐘最多只產生2G的數據。現在，峰值數據率每秒可以達到38G。由於存儲和計算能力有限，他們只能對數據進行壓縮，降低數據的動態範圍，但仍然有數據堆積的危險，這是以往所沒有遇到過的事情。

不過，在FAST數據中心投用後，問題將得以緩解。由FAST聯手中國電信建設的數據中心，將以中國電信天翼云為基礎，依託中國電信強大的網路優勢和平台能力，整合海量高速存儲和高速計算單元，為FAST提供超算中心服務，以及高速網路接入和信息通信支撐保障。按照規劃，這個數據中心最終將為FAST提供100PB的存儲容量。同時，位於貴州師範大學內的FAST早期科學數據中心，也正著手擴容。

截至目前，FAST積累了1000多小時的觀測時長，科學數據存儲總量約2.8PB。

預計明年完成調試

FAST是世界上口徑最大、最靈敏的射電望遠鏡。500米口徑，其接收電波的面積相當於30個足球場那麼大，足足可以「裝」下8個「鳥巢」體育館。如果要給這口「大鍋」裝滿礦泉水，足以讓全世界每人喝上4瓶。

利用地球上獨一無二的喀斯特巨型窪地作為台址，FAST自主發明變形反射面，採用光機電一體化技術，自主提出輕型索拖動饋源支撐系統和並聯機器人，實現高精度指向跟蹤。FAST的大，大得有道理。只有口徑越大，才能「看」得越遠。科學家打過比方，以它的靈敏度，即便有人在月亮上打手機，也能被「看見」。

調試兩年來，因為國際上沒有先例，很多問題只能靠FAST團隊自己解決。姜鵬說，巨型望遠鏡調試是一項強交叉學科的應用性研究，國際上傳統大射電望遠鏡的調試周期很少低於四年，而FAST開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式，它的調試工作也很有挑戰性。

相對其他望遠鏡來說，FAST的系統構成更加複雜。經過FAST團隊的努力，實時力學模擬技術大幅提升瞭望遠鏡對設備故障的容忍度，饋源支撐系統也實現了系統集成，FAST實現了對特定目標的跟蹤觀測，並穩定地獲取了目標源射電信號。並且，隨著調試工作的深入開展，FAST的性能也得到明顯改善。「FAST科學團隊能在短期內實現望遠鏡的功能性調試，完成了最困難、最有風險的調試環節。」姜鵬說，不出意外的話，FAST預計明年完成全部調試。

「感官安寧，萬籟無聲，美麗的宇宙太空以它的神秘和絢麗，召喚我們踏過平庸，進入它無垠的廣袤……」已故的中科院國家天文台研究員、FAST工程首席科學家兼總工程師南仁東詩一般的語言，讓人們對FAST的未來滿懷憧憬。

來源：科技日報 文中圖片除註明外均來自網路

編輯：岳靚

審核：王小龍

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