建好2年多了 FAST幹了啥？
來源：科學大院
中國“天眼”500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST）工程由我國天文學家於1994年提出構想，從預研到建成歷時22年，由中國科學院國家天文臺主導建設，是具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。
圖：群山中的FAST（圖片來源：http://lssf.cas.cn/）
自2016年9月25日，FAST宣告落成啟用以來，已經進行了一段時間的除錯觀測。2017年8月，FAST實現了跟蹤觀測模式，標誌著基本功能的實現。隨後又逐步實現了設計的各種觀測模式，測量和控制精度也得到了逐步提高。到近期，已經完成了工藝驗收測試，還發現了一批脈衝星，包括毫秒脈衝星。
2019年3月18日，FAST第一批成果的專刊文章在預印本網站（arxiv.org）釋出，這次，FAST向全國人民彙報了哪些成果呢？
FAST完成所有測試，效能達標
目前，FAST已經完成了驗收所要求的所有工藝測試，效能指標達到了驗收要求。
國際上的大型射電望遠鏡在落成啟用之後都要經歷一段除錯期，在實際使用中逐漸發現問題，逐漸實現設計的效能指標。也就是說望遠鏡不僅是建設出來的，也是使用出來的。美國著名的GBT望遠鏡，經過了十幾年才最終實現了設計時要求最高的那些效能指標。FAST也不可避免地要經過一個不斷使用、不斷優化的過程，才能成為一臺優秀的望遠鏡。
舉個例子，FAST的測量系統碰到的是前所未有的問題。在實際觀測中，我們發現，在高差達100米的情況下，大氣密度變化對測量用的鐳射束的折射已經影響到了測量精度。經過討論和研究，天文學家決定通過使用相對的兩臺全站儀進行測量，最終平均解決了這個問題。
全站儀（圖片來源：中國科學院國際天文臺 於東俊）
姜鵬等人（Jiang et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959502）對組成FAST的各個系統和關鍵部件進行了介紹。首先，文章分析了達到最終觀測所需的效能指標，各個系統和關鍵部件所需要達到的效能指標。隨後，詳細介紹了測量系統除錯在FAST臺址特殊的大跨度、大高程差情形下碰到的大氣折射的問題、主動反射面和饋源支撐系統的高精度控制問題和這些問題的解決過程。文章還介紹了接收機系統的測試以及望遠鏡整體的系統溫度、效率、波束形狀、指向測試的情況。
新發現脈衝星
FAST前期的觀測成果主要集中在時域觀測，主要是週期性訊號和單脈衝訊號的搜尋和分析。
通過這些週期訊號和單脈衝訊號的搜尋，FAST發現了一批脈衝星。錢磊等人（Qian et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959508）代表專案團隊報告了FAST發現的第一顆脈衝星的發現過程和基本引數。未來一旦積累了足夠的脈衝星樣本，預計還將發表FAST脈衝星星表。
目前，FAST脈衝星列表可以在FAST多科學目標同時掃描巡天（英文縮寫CRAFTS）網站（http://crafts.bao.ac.cn/）檢視。
脈衝星列表（圖片來源：http://crafts.bao.ac.cn）
這個脈衝星列表給出了新發現脈衝星的基本資訊，為其他望遠鏡進一步進行脈衝星計時觀測提供了基礎。
研究已知脈衝星的單個脈衝
除了FAST自己發現的脈衝星，FAST還對一些有趣的已知脈衝星進行了觀測，這一方面是對FAST脈衝星觀測系統進行檢驗，另一方面也為研究脈衝星的性質提供了難得的機會。
由於過去的望遠鏡靈敏度有限，通常研究脈衝星需要積累一段時間的脈衝才能分析脈衝輪廓，但脈衝星的單個脈衝中含有平均脈衝輪廓中沒有的資訊。FAST的高靈敏度使得研究一些脈衝星的單個脈衝成為可能。
盧吉光等人（Lu et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959503）詳細研究了三個旋轉射電暫現源（Rotating radio transients， RRATs）的消零和多個頻率的脈衝輪廓，對輻射束的形態給出了限制。
單個脈衝的時間序列（圖片來源：Lu et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959503）
出眾的單個脈衝觀測結果
FAST超寬頻饋源除錯期間，對一些脈衝星進行的單個脈衝的觀測得到的脈衝輪廓的信噪比也優於其他望遠鏡。喻業釗等人（Yu et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959504）報告了脈衝星PSR B0919+06的異常輻射現象（abnormal emission phenomenon）。盧吉光等人（Lu et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959505）分析了脈衝星PSR B2016+28的脈衝輪廓。
FAST航拍圖（圖片來源：http://lssf.cas.cn/）
提出巡天策略
雖然前期取得了一些成果，但FAST未來穩定的科學產出還需要依靠系統性的巡天觀測。FAST多科學目標同時掃描巡天（CRAFTS）就是基於這樣的背景，經過多年論證提出來的。
在CRAFTS巡天的基本框架下，張凱等人（Zhang et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959506）描述了巡天策略，根據FAST效能引數計算了巡天能達到的靈敏度，估算了巡天能發現的中性氫星系數量以及對星系的中性氫質量函式給出的限制。王洪豐等人（Zhang et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959507）基於神經網路為CRAFTS巡天構建了一個脈衝星候選體分類系統，為搜尋巡天資料中的脈衝星訊號做好了準備。這些工作是正式開展巡天的基礎。
FAST巡天策略，19波束掃描巡天的軌跡（圖片來源：Zhang et al。 2019， Sci。 China-Phys。 Mech。 Astron。， 62， 959506）
CRAFTS巡天預計在2019年5月正式開始。巡天完成後，將發現一批脈衝星、生成一張超越已有結果的大天區銀河系中性氫分佈圖、發現一批中性氫星系，最為激動人心的是，巡天中可能會發現我們現在還沒有想到的天體或現象。
結語
現在，FAST目前已經初步具備科學觀測能力，未來要實現“多出成果，出好成果，出大成果”。除此之外，FAST團隊將繼續優化望遠鏡效能，進一步優化科學觀測模式，繼續催生更多天文成果，力爭早日將FAST打造成世界一流水平望遠鏡裝置，天文工作者們也將為我國的天文事業共同努力，貢獻聰明才智。
