天眼望苍穹，让中国之眼看见宇宙未知丨专访李菂

提到中国天眼，很多人只知道它是大国重器，是世界最大的单口径射电望远镜，中国天眼到底在看什么呢？宇宙到底藏着多少秘密？

李菂，中国天眼 FAST 原首席科学家、清华大学讲席教授，2007年—2011年曾在美国航空航天局（NASA）工作，2008年起投身参与中国天眼建设，海外求学、回国筑梦，他和团队用天眼捕捉到宇宙一个个神秘信号。

《问答神州》专访李菂，带你看懂天眼到底有多厉害，天文学家们到底在看什么？

人类拥有同一片天空

科学无界限

中国天眼 FAST（贵州）

500米口径球面射电望远镜

世界最大单口径射电望远镜

五大科学目标：探索宇宙起源及演化、观测脉冲星、捕获天体超精细结构、探索太空生命起源、搜寻外星文明

1994年由中国天文学家南仁东提出构想

2007年批复立项

2016年9月落成启用

2020年3月正式向全球开放共享

左：李菂 右：南仁东

吴小莉：作为目前最大口径的天眼，它的数据从一开始就计划对外公开，你也特别强调不怕公开，因为最重要的是公开之后谁学得快、理解得好，中国科学家在这方面有什么优势？

李菂：有自己的设备，科学家会投入更多的思考和力量，进而拥有更多创新的机会。当然这个行业也有它的独特性，实际上也是南仁东老师比较喜欢说的，人类拥有同一片天空，我们很难画地为牢。比如我往北看发现的星星或星系，我并不能阻止别人去研究它，不可能把天上画出来，这块归我，这块归你，所有它就有内禀的开放性，有国际合作的基础。

实际上整个天文界，特别是这些领先的设备，国际开放做得越好，科学的质量就越高；越是保守，实际上工作的效率会越低。另外开放也是一种强势的表达，你只有有了优势设备，才有开放的资格和勇气。我们在天文学的子领域里，它的核心性能指标上取得了国际领先，这才让其他国家有了使用中国设备的动力。

吴小莉：目前中国天眼有四百多个合作项目，来自三十多个国家，在目前这种科学的壁垒开始出现的国际社会当中，我们开放设备让他们使用，他们的数据能够共享给中国吗？中国科学家在其中有没有参与？

李菂：很多项目中国科学家都有参与。开放是相对彻底的，谁先提出这个项目，从拿到数据起有一年的保护期，这一年里提出团队可优先处理分析，一年后数据就全部开放。我自己参与较多的国际合作，一个是外星人的搜寻，另一个是快速射电暴的观测和研究。

天眼建设

深空突破：快速射电暴藏宇宙奥秘

快速射电暴是 2007 年人类首次发现的宇宙神秘天象，是来自银河系外的极端高能无线电爆发，持续时间仅千分之几秒，却蕴含着极其巨大的能量，其起源与物理机制至今仍是天文学界的重大谜题，也是当下宇宙探索的前沿热点之一。

2019年起李药带领团队基于中国天眼观测，获得迄今最大快速射电暴样本事件。

李菂：中国天眼正在颠覆我们原来对于快速射电暴的理解，告诉我们，我们生活在一个每一分每一秒都在产生神秘的剧烈无线电爆炸的宇宙当中，揭示了快速射电暴完整的能谱，活跃性，这些是其他的设备所不可能达到的性能，有可能很快就能揭示这种神秘的天象的起源。

2021 年 10 月，我们在《自然》杂志发表的成果里，天眼记录到了 1652 次快速射电暴爆发，用的是《千里江山图》的意象，但是它都是真实的数据，所以这里每一个拐折，它就是一次真实的天眼记录到的爆发。2007 年人类首次发现这种现象，到 2021 年的 14 年间，上千篇论文加在一起的信号量也不过千，中国天眼带给我们关于这一类快速射电暴的神秘天象的全新信息。

目前天文学还不知道它是从什么样的地方来的，物理学也无法解释如何把这么高的能量浓缩到千分之几秒里，对这种现象的刻画和起源的揭示，应该是要载入史册的工作。

吴小莉：你虽然是一个理工男，但是你把它用文学的方法、艺术的方法，表现出我们对于深空的想象。当时为什么会想到要用《千里江山图》？我知道你们一共有春夏秋冬四张图。

李菂：科学本身是没有国界的，但每个人的表达，都无法脱离自己成长的文化环境和脉络。《千里江山图》的作者王希孟创作这幅画时只有十七八岁，这个岁数契合了快速射电暴研究这个年轻的领域。宇宙是非常古老的，但我们这个新领域是非常年轻的，而且青绿山水又是中国传统文化里最有辨识度的元素，所以就用这种风格来表现天眼的真实观测数据，和大家分享来自深空的发现。

中国天眼之路：从追赶到超越

吴小莉：你2008年决定回国参与中国天眼建设，到后来真正听到天外来音，是什么感受？

李菂：这是非常兴奋的，但在2016年9月25日天眼落成的那一刻，我就已经没有太大压力了，因为天眼建设的成就，早已超出了最狂野、最美好的想象。

吴小莉：你当初最狂野、最美好的想象是什么？

李菂：我们实际上一直处于学习和追赶的阶段，我曾在美国阿雷西博望远镜工作过并取得一些前沿成果，所以当时的想象只是希望天眼能复现这些成果，在各个核心指标上做得更好。但当天眼真正建成时，我们已经捕捉到一些特殊信号，看到了一个不一样的、丰富多彩的宇宙。天文学很特别，不像建楼需要比别人大很多才能被记住，只要比别人好一点，就能看到各种奇奇怪怪的宇宙现象。

阿雷西博射电望远镜

1963年建成

2020年12月坍塌退役

在无线电天文领域领先世界超半个世纪

吴小莉：阿雷西博望远镜在2020年12月坍塌退役，刚好中国天眼2020年 1 月正式对外使用，看到阿雷西博坍塌，你是什么感受？

李菂：首先是震惊和悲伤。射电天文或者无线电天文这个行业很小，过去几十年里，几乎所有从业者的学术生涯，都和阿雷西博有过某种联系。我自己的学术生涯就是从阿雷西博开始的，在那里的训练和经历，让我得到了在中国天眼工作的机会。

李菂与阿雷西博望远镜

中国天眼是阿雷西博的继任者，更是超越者，我们想告诉同行或者我们的先驱一句话：我们要做下去，We will carry on。我希望未来国际射电天文的新一代学者、年轻学生，在回顾自己的学术生涯时，总有一段时间是和中国天眼紧密相关的。

宇宙的丰富多彩从来没有

让我们这些观测者失望过

中国科学院国家天文台正在稳步推进中国天眼二期工程规划——

在FAST周边30公里范围内建设数十台40米中口径天线，构建全球唯一“以巨型望远镜为核心、环绕中等口径望远镜”的综合孔径阵列。

李菂：南仁东老师最初的设想是建 10 到 20 个天眼这样的设备，实现人类下一代平方公里阵的概念，天眼其实是这个宏伟概念的第一步。现在中国天眼的二期工程还在推动中，如果没能建成 10 到 20 个同级别天眼，我们可以匹配一些中小型望远镜，依然能实质性地提高天眼的观测能力。

吴小莉：你提出的 “宇宙触角” 构想，具体是什么样的？

李菂：“宇宙触角”等于走到了中国天眼相反的极端。中国天眼的核心优势是口径大，单位时间能接收更多的光，所以看得更远，但光有一个受衍射极限，就是说口径越大，观测的范围就越窄。而 “宇宙触角” 是把天线做得特别小，但数量特别多、排布特别密，它看的宇宙深度比天眼浅，但覆盖的天区要远远大于天眼。

我们希望以中国天眼10%的成本，实现比中国天眼一瞬之间看到的方向大上万倍的覆盖范围，还能以一秒钟一千张照片的频率，对动态宇宙进行快速拍摄，天上但凡有一点风吹草动，我们都能看到它。

它还有一个衍生能力，就是能精准观测天上移动的物体，比如卫星，原来天上没有多少卫星，所以要跟一个卫星，它动得比较快，你就要有一个天线去跟着它。而 “宇宙触角”它是不动的，而是完全依靠计算，只要计算速度足够快，假设有一个东西从这儿飞过去，就能算出物体的完整轨迹。

吴小莉：你说用现在天眼十分之一的价格就能完成的原因，是因为不论是量子计算或者AI的能力赋能，使得你们能做这个项目？

李菂：上世纪90年代，南仁东老师以中国天眼这种巨型天线作为平方公里阵的概念推动的时候，用相控的办法去尽量覆盖大的天空，就已经提出来了，但当时计算成本太高，根本无法实现。现在我们才刚刚进入可以探索这个概念的阶段，目前项目已经有了样机，希望今年能有新的发现。

吴小莉：你们会有什么期待吗？你会觉得用这种方法可能会发现什么？

李菂：其实我心底里有相当的把握。根据这么多年做各种各样项目的经验，它真正有意思的东西正是我们现在还不能够想象的东西。实际上我们会看到大量爆发的现象，而这些现象也许我们现在还没有名字，因为我们打开了一个新的、广域的探索空间。

美国早期有一个诗人朗费罗，他写过一首诗，意思大概是，习惯了在白天生活的人，他是看不见月亮的，因为他晚上从不出门，所以当他晚上出来的时候，想看的东西还是白天的那些东西。当我们没有探测能力时，永远无法完整预言会看到什么……

制作人：韩烟

编导：李晗

编辑：金芃