天眼望蒼穹，讓中國之眼看見宇宙未知丨專訪李菂

提到中國天眼，很多人只知道它是大國重器，是世界最大的單口徑射電望遠鏡，中國天眼到底在看什么呢？宇宙到底藏著多少秘密？

李菂，中國天眼 FAST 原首席科學家、清華大學講席教授，2007年—2011年曾在美國航空航天局（NASA）工作，2008年起投身參與中國天眼建設，海外求學、回國筑夢，他和團隊用天眼捕捉到宇宙一個個神秘信號。

《問答神州》專訪李菂，帶你看懂天眼到底有多厲害，天文學家們到底在看什么？

人類擁有同一片天空

科學無界限

中國天眼 FAST（貴州）

500米口徑球面射電望遠鏡

世界最大單口徑射電望遠鏡

五大科學目標：探索宇宙起源及演化、觀測脈沖星、捕獲天體超精細結構、探索太空生命起源、搜尋外星文明

1994年由中國天文學家南仁東提出構想

2007年批復立項

2016年9月落成啟用

2020年3月正式向全球開放共享

左：李菂 右：南仁東

吳小莉：作為目前最大口徑的天眼，它的數據從一開始就計劃對外公開，你也特別強調不怕公開，因為最重要的是公開之后誰學得快、理解得好，中國科學家在這方面有什么優勢？

李菂：有自己的設備，科學家會投入更多的思考和力量，進而擁有更多創新的機會。當然這個行業也有它的獨特性，實際上也是南仁東老師比較喜歡說的，人類擁有同一片天空，我們很難畫地為牢。比如我往北看發現的星星或星系，我并不能阻止別人去研究它，不可能把天上畫出來，這塊歸我，這塊歸你，所有它就有內稟的開放性，有國際合作的基礎。

實際上整個天文界，特別是這些領先的設備，國際開放做得越好，科學的質量就越高；越是保守，實際上工作的效率會越低。另外開放也是一種強勢的表達，你只有有了優勢設備，才有開放的資格和勇氣。我們在天文學的子領域里，它的核心性能指標上取得了國際領先，這才讓其他國家有了使用中國設備的動力。

吳小莉：目前中國天眼有四百多個合作項目，來自三十多個國家，在目前這種科學的壁壘開始出現的國際社會當中，我們開放設備讓他們使用，他們的數據能夠共享給中國嗎？中國科學家在其中有沒有參與？

李菂：很多項目中國科學家都有參與。開放是相對徹底的，誰先提出這個項目，從拿到數據起有一年的保護期，這一年里提出團隊可優先處理分析，一年后數據就全部開放。我自己參與較多的國際合作，一個是外星人的搜尋，另一個是快速射電暴的觀測和研究。

天眼建設

深空突破：快速射電暴藏宇宙奧秘

快速射電暴是 2007 年人類首次發現的宇宙神秘天象，是來自銀河系外的極端高能無線電爆發，持續時間僅千分之幾秒，卻蘊含著極其巨大的能量，其起源與物理機制至今仍是天文學界的重大謎題，也是當下宇宙探索的前沿熱點之一。

2019年起李藥帶領團隊基于中國天眼觀測，獲得迄今最大快速射電暴樣本事件。

李菂：中國天眼正在顛覆我們原來對于快速射電暴的理解，告訴我們，我們生活在一個每一分每一秒都在產生神秘的劇烈無線電爆炸的宇宙當中，揭示了快速射電暴完整的能譜，活躍性，這些是其他的設備所不可能達到的性能，有可能很快就能揭示這種神秘的天象的起源。

2021 年 10 月，我們在《自然》雜志發表的成果里，天眼記錄到了 1652 次快速射電暴爆發，用的是《千里江山圖》的意象，但是它都是真實的數據，所以這里每一個拐折，它就是一次真實的天眼記錄到的爆發。2007 年人類首次發現這種現象，到 2021 年的 14 年間，上千篇論文加在一起的信號量也不過千，中國天眼帶給我們關于這一類快速射電暴的神秘天象的全新信息。

目前天文學還不知道它是從什么樣的地方來的，物理學也無法解釋如何把這么高的能量濃縮到千分之幾秒里，對這種現象的刻畫和起源的揭示，應該是要載入史冊的工作。

吳小莉：你雖然是一個理工男，但是你把它用文學的方法、藝術的方法，表現出我們對于深空的想象。當時為什么會想到要用《千里江山圖》？我知道你們一共有春夏秋冬四張圖。

李菂：科學本身是沒有國界的，但每個人的表達，都無法脫離自己成長的文化環境和脈絡?！?strong>千里江山圖》的作者王希孟創作這幅畫時只有十七八歲，這個歲數契合了快速射電暴研究這個年輕的領域。宇宙是非常古老的，但我們這個新領域是非常年輕的，而且青綠山水又是中國傳統文化里最有辨識度的元素，所以就用這種風格來表現天眼的真實觀測數據，和大家分享來自深空的發現。

中國天眼之路：從追趕到超越

吳小莉：你2008年決定回國參與中國天眼建設，到后來真正聽到天外來音，是什么感受？

李菂：這是非常興奮的，但在2016年9月25日天眼落成的那一刻，我就已經沒有太大壓力了，因為天眼建設的成就，早已超出了最狂野、最美好的想象。

吳小莉：你當初最狂野、最美好的想象是什么？

李菂：我們實際上一直處于學習和追趕的階段，我曾在美國阿雷西博望遠鏡工作過并取得一些前沿成果，所以當時的想象只是希望天眼能復現這些成果，在各個核心指標上做得更好。但當天眼真正建成時，我們已經捕捉到一些特殊信號，看到了一個不一樣的、豐富多彩的宇宙。天文學很特別，不像建樓需要比別人大很多才能被記住，只要比別人好一點，就能看到各種奇奇怪怪的宇宙現象。

阿雷西博射電望遠鏡

1963年建成

2020年12月坍塌退役

在無線電天文領域領先世界超半個世紀

吳小莉：阿雷西博望遠鏡在2020年12月坍塌退役，剛好中國天眼2020年 1 月正式對外使用，看到阿雷西博坍塌，你是什么感受？

李菂：首先是震驚和悲傷。射電天文或者無線電天文這個行業很小，過去幾十年里，幾乎所有從業者的學術生涯，都和阿雷西博有過某種聯系。我自己的學術生涯就是從阿雷西博開始的，在那里的訓練和經歷，讓我得到了在中國天眼工作的機會。

李菂與阿雷西博望遠鏡

中國天眼是阿雷西博的繼任者，更是超越者，我們想告訴同行或者我們的先驅一句話：我們要做下去，We will carry on。我希望未來國際射電天文的新一代學者、年輕學生，在回顧自己的學術生涯時，總有一段時間是和中國天眼緊密相關的。

宇宙的豐富多彩從來沒有

讓我們這些觀測者失望過

中國科學院國家天文臺正在穩步推進中國天眼二期工程規劃——

在FAST周邊30公里范圍內建設數十臺40米中口徑天線，構建全球唯一“以巨型望遠鏡為核心、環繞中等口徑望遠鏡”的綜合孔徑陣列。

李菂：南仁東老師最初的設想是建 10 到 20 個天眼這樣的設備，實現人類下一代平方公里陣的概念，天眼其實是這個宏偉概念的第一步。現在中國天眼的二期工程還在推動中，如果沒能建成 10 到 20 個同級別天眼，我們可以匹配一些中小型望遠鏡，依然能實質性地提高天眼的觀測能力。

吳小莉：你提出的 “宇宙觸角” 構想，具體是什么樣的？

李菂：“宇宙觸角”等于走到了中國天眼相反的極端。中國天眼的核心優勢是口徑大，單位時間能接收更多的光，所以看得更遠，但光有一個受衍射極限，就是說口徑越大，觀測的范圍就越窄。而 “宇宙觸角” 是把天線做得特別小，但數量特別多、排布特別密，它看的宇宙深度比天眼淺，但覆蓋的天區要遠遠大于天眼。

我們希望以中國天眼10%的成本，實現比中國天眼一瞬之間看到的方向大上萬倍的覆蓋范圍，還能以一秒鐘一千張照片的頻率，對動態宇宙進行快速拍攝，天上但凡有一點風吹草動，我們都能看到它。

它還有一個衍生能力，就是能精準觀測天上移動的物體，比如衛星，原來天上沒有多少衛星，所以要跟一個衛星，它動得比較快，你就要有一個天線去跟著它。而 “宇宙觸角”它是不動的，而是完全依靠計算，只要計算速度足夠快，假設有一個東西從這兒飛過去，就能算出物體的完整軌跡。

吳小莉：你說用現在天眼十分之一的價格就能完成的原因，是因為不論是量子計算或者AI的能力賦能，使得你們能做這個項目？

李菂：上世紀90年代，南仁東老師以中國天眼這種巨型天線作為平方公里陣的概念推動的時候，用相控的辦法去盡量覆蓋大的天空，就已經提出來了，但當時計算成本太高，根本無法實現?，F在我們才剛剛進入可以探索這個概念的階段，目前項目已經有了樣機，希望今年能有新的發現。

吳小莉：你們會有什么期待嗎？你會覺得用這種方法可能會發現什么？

李菂：其實我心底里有相當的把握。根據這么多年做各種各樣項目的經驗，它真正有意思的東西正是我們現在還不能夠想象的東西。實際上我們會看到大量爆發的現象，而這些現象也許我們現在還沒有名字，因為我們打開了一個新的、廣域的探索空間。

美國早期有一個詩人朗費羅，他寫過一首詩，意思大概是，習慣了在白天生活的人，他是看不見月亮的，因為他晚上從不出門，所以當他晚上出來的時候，想看的東西還是白天的那些東西。當我們沒有探測能力時，永遠無法完整預言會看到什么……

制作人：韓煙

編導：李晗

編輯：金芃