即将迎来两周年，“中国天眼”遭遇海量数据挑战

2018-09-18

科技日报记者 何星辉 通讯员 李官杰 洪永

59颗优质候选体、44颗脉冲星，这是FAST调试两年来交出的“科学发现成绩单”。国际上没有先例可循，调试工作颇具挑战性，FAST团队克服重重困难，为FAST矫正视力，让它转动“眼珠”。

而在19波束接收机投入使用后，FAST巡天能力提高了五六倍，视场也扩大到原来的19倍，除了脉冲星，FAST是否有最新的发现？9月15日，在FAST即将迎来建成两周年纪念日之际，科技日报记者故地重访却了解到，FAST遇到了挑战——

截至目前，FAST共发现了44颗脉冲星，其中19颗获得国际认证，包括一颗毫秒脉冲星。对此，中科院国家天文台FAST工程副研究员钱磊说，FAST还在调试阶段就取得这样的成果，超出了FAST团队的预期。这主要归功于FAST具有极高的灵敏度，在此之前，由于历史和设备原因，国内其他射电望远镜虽已观测到多颗已知脉冲星，但从未发现过新脉冲星。

脉冲星是旋转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生，其信号一度被认为来自外星人。宇宙中有大量脉冲星，自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

那么，FAST是怎么发现脉冲星的？这些脉冲星又是怎么认证的呢？

钱磊说，脉冲星的电磁辐射来自于磁极。在脉冲星转动时，磁极发出的电磁辐射束像海岸上的灯塔一样，扫过天空。每当脉冲星辐射扫过地球，地面的FAST就收到一个信号，记录到像“心电图”一样的系列脉冲。而后，FAST将信号收集、处理，再翻译成人类能理解的形式。只是，中间这个转换的过程非常复杂。FAST反射面将电信号汇聚到接收机，并转换成光信号，通过光缆传回总控室，再把光信号转换回电信号，进而变成数字信号，计算机集群则根据事先设定好的程序，将这些数字信号储存、计算，并经过分析，识别出能够代表脉冲星的一系列特征。

“FAST的搜寻主要有两种模式，第一种是通过漂移扫描，即望远镜固定不动，借助地球自转指向不同天空进行盲巡；第二种是对特定的源进行搜寻，包括球状星团、高能费米点源和M31等。”中科院国家天文台FAST工程总工程师姜鹏说，观测之后就可以对望远镜数据进行分析，寻找可信的周期性信号，再通过人工进行判断，将其列为候选体，最后通过FAST进行重复观测或者由其他望远镜观测进行认证。目前，在FAST发现的44颗脉冲星中，有25颗是FAST自己进行认证的，其余的是通过合作的澳大利亚Parkes64米望远镜、德国Effelsberg100米望远镜等进行观测认证。

除了搜索脉冲星，FAST其实还有着更重要的科学目标，包括探测中性氢，以揭示宇宙膨胀、星系形成及演化的奥秘，以及搜寻可能存在的外星生命等等。可以说，拥有世界领先的绝对灵敏度，让FAST拥有无限的可能。

今年6月初，随着19波束馈源接收机的投入使用，FAST巡天速度提高了5到6倍，视场也扩大至原来的19倍。这意味着“武功”更高，FAST或许能给我们带来更大的惊喜。

“这一次有没有可能发现外星人？”面对科技日报记者的追问，钱磊解释说，如果确实有外星人的存在，而他们也正好使用无线电的话，那他们应该逃不过FAST的“火眼金睛”。针对外国科学家发现月球表面存在水冰的消息，钱磊表示，在雷达的配合下，FAST也有可能开展相关探测。

如今，几个月过去了，FAST到底有什么重大发现？姜鹏坦言，用上了19波束，FAST所产生的海量数据，给FAST团队带来了巨大的挑战。观测时，以前每秒钟最多只产生2G的数据。现在，峰值数据率每秒可以达到38G。由于存储和计算能力有限，他们只能对数据进行压缩，降低数据的动态范围，但仍然有数据堆积的危险，这是以往所没有遇到过的事情。

不过，在FAST数据中心投用后，问题将得以缓解。由FAST联手中国电信建设的数据中心，将以中国电信天翼云为基础，依托中国电信强大的网络优势和平台能力，整合海量高速存储和高速计算单元，为FAST提供超算中心服务，以及高速网络接入和信息通信支撑保障。按照规划，这个数据中心最终将为FAST提供100PB的存储容量。同时，位于贵州师范大学内的FAST早期科学数据中心，也正着手扩容。

截至目前，FAST积累了1000多小时的观测时长，科学数据存储总量约2.8PB。

FAST是世界上口径最大、最灵敏的射电望远镜。500米口径，其接收电波的面积相当于30个足球场那么大，足足可以“装”下8个“鸟巢”体育馆。如果要给这口“大锅”装满矿泉水，足以让全世界每人喝上4瓶。

利用地球上独一无二的喀斯特巨型洼地作为台址，FAST自主发明变形反射面，采用光机电一体化技术，自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人，实现高精度指向跟踪。FAST的大，大得有道理。只有口径越大，才能“看”得越远。科学家打过比方，以它的灵敏度，即便有人在月亮上打手机，也能被“看见”。

调试两年来，因为国际上没有先例，很多问题只能靠FAST团队自己解决。姜鹏说，巨型望远镜调试是一项强交叉学科的应用性研究，国际上传统大射电望远镜的调试周期很少低于四年，而FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式，它的调试工作也很有挑战性。

相对其他望远镜来说，FAST的系统构成更加复杂。经过FAST团队的努力，实时力学仿真技术大幅提升了望远镜对设备故障的容忍度，馈源支撑系统也实现了系统集成，FAST实现了对特定目标的跟踪观测，并稳定地获取了目标源射电信号。并且，随着调试工作的深入开展，FAST的性能也得到明显改善。“FAST科学团队能在短期内实现望远镜的功能性调试，完成了最困难、最有风险的调试环节。”姜鹏说，不出意外的话，FAST预计明年完成全部调试。

“感官安宁，万籁无声，美丽的宇宙太空以它的神秘和绚丽，召唤我们踏过平庸，进入它无垠的广袤……”已故的中科院国家天文台研究员、FAST工程首席科学家兼总工程师南仁东诗一般的语言，让人们对FAST的未来满怀憧憬。

科技日报记者 何星辉 通讯员 李官杰 洪永

59颗优质候选体、44颗脉冲星，这是FAST调试两年来交出的“科学发现成绩单”。国际上没有先例可循，调试工作颇具挑战性，FAST团队克服重重困难，为FAST矫正视力，让它转动“眼珠”。

而在19波束接收机投入使用后，FAST巡天能力提高了五六倍，视场也扩大到原来的19倍，除了脉冲星，FAST是否有最新的发现？9月15日，在FAST即将迎来建成两周年纪念日之际，科技日报记者故地重访却了解到，FAST遇到了挑战——

截至目前，FAST共发现了44颗脉冲星，其中19颗获得国际认证，包括一颗毫秒脉冲星。对此，中科院国家天文台FAST工程副研究员钱磊说，FAST还在调试阶段就取得这样的成果，超出了FAST团队的预期。这主要归功于FAST具有极高的灵敏度，在此之前，由于历史和设备原因，国内其他射电望远镜虽已观测到多颗已知脉冲星，但从未发现过新脉冲星。

脉冲星是旋转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生，其信号一度被认为来自外星人。宇宙中有大量脉冲星，自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

那么，FAST是怎么发现脉冲星的？这些脉冲星又是怎么认证的呢？

钱磊说，脉冲星的电磁辐射来自于磁极。在脉冲星转动时，磁极发出的电磁辐射束像海岸上的灯塔一样，扫过天空。每当脉冲星辐射扫过地球，地面的FAST就收到一个信号，记录到像“心电图”一样的系列脉冲。而后，FAST将信号收集、处理，再翻译成人类能理解的形式。只是，中间这个转换的过程非常复杂。FAST反射面将电信号汇聚到接收机，并转换成光信号，通过光缆传回总控室，再把光信号转换回电信号，进而变成数字信号，计算机集群则根据事先设定好的程序，将这些数字信号储存、计算，并经过分析，识别出能够代表脉冲星的一系列特征。

“FAST的搜寻主要有两种模式，第一种是通过漂移扫描，即望远镜固定不动，借助地球自转指向不同天空进行盲巡；第二种是对特定的源进行搜寻，包括球状星团、高能费米点源和M31等。”中科院国家天文台FAST工程总工程师姜鹏说，观测之后就可以对望远镜数据进行分析，寻找可信的周期性信号，再通过人工进行判断，将其列为候选体，最后通过FAST进行重复观测或者由其他望远镜观测进行认证。目前，在FAST发现的44颗脉冲星中，有25颗是FAST自己进行认证的，其余的是通过合作的澳大利亚Parkes64米望远镜、德国Effelsberg100米望远镜等进行观测认证。

除了搜索脉冲星，FAST其实还有着更重要的科学目标，包括探测中性氢，以揭示宇宙膨胀、星系形成及演化的奥秘，以及搜寻可能存在的外星生命等等。可以说，拥有世界领先的绝对灵敏度，让FAST拥有无限的可能。

今年6月初，随着19波束馈源接收机的投入使用，FAST巡天速度提高了5到6倍，视场也扩大至原来的19倍。这意味着“武功”更高，FAST或许能给我们带来更大的惊喜。

“这一次有没有可能发现外星人？”面对科技日报记者的追问，钱磊解释说，如果确实有外星人的存在，而他们也正好使用无线电的话，那他们应该逃不过FAST的“火眼金睛”。针对外国科学家发现月球表面存在水冰的消息，钱磊表示，在雷达的配合下，FAST也有可能开展相关探测。

如今，几个月过去了，FAST到底有什么重大发现？姜鹏坦言，用上了19波束，FAST所产生的海量数据，给FAST团队带来了巨大的挑战。观测时，以前每秒钟最多只产生2G的数据。现在，峰值数据率每秒可以达到38G。由于存储和计算能力有限，他们只能对数据进行压缩，降低数据的动态范围，但仍然有数据堆积的危险，这是以往所没有遇到过的事情。

不过，在FAST数据中心投用后，问题将得以缓解。由FAST联手中国电信建设的数据中心，将以中国电信天翼云为基础，依托中国电信强大的网络优势和平台能力，整合海量高速存储和高速计算单元，为FAST提供超算中心服务，以及高速网络接入和信息通信支撑保障。按照规划，这个数据中心最终将为FAST提供100PB的存储容量。同时，位于贵州师范大学内的FAST早期科学数据中心，也正着手扩容。

截至目前，FAST积累了1000多小时的观测时长，科学数据存储总量约2.8PB。

FAST是世界上口径最大、最灵敏的射电望远镜。500米口径，其接收电波的面积相当于30个足球场那么大，足足可以“装”下8个“鸟巢”体育馆。如果要给这口“大锅”装满矿泉水，足以让全世界每人喝上4瓶。

利用地球上独一无二的喀斯特巨型洼地作为台址，FAST自主发明变形反射面，采用光机电一体化技术，自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人，实现高精度指向跟踪。FAST的大，大得有道理。只有口径越大，才能“看”得越远。科学家打过比方，以它的灵敏度，即便有人在月亮上打手机，也能被“看见”。

调试两年来，因为国际上没有先例，很多问题只能靠FAST团队自己解决。姜鹏说，巨型望远镜调试是一项强交叉学科的应用性研究，国际上传统大射电望远镜的调试周期很少低于四年，而FAST开创了建造巨型射电望远镜的新模式，它的调试工作也很有挑战性。

相对其他望远镜来说，FAST的系统构成更加复杂。经过FAST团队的努力，实时力学仿真技术大幅提升了望远镜对设备故障的容忍度，馈源支撑系统也实现了系统集成，FAST实现了对特定目标的跟踪观测，并稳定地获取了目标源射电信号。并且，随着调试工作的深入开展，FAST的性能也得到明显改善。“FAST科学团队能在短期内实现望远镜的功能性调试，完成了最困难、最有风险的调试环节。”姜鹏说，不出意外的话，FAST预计明年完成全部调试。

“感官安宁，万籁无声，美丽的宇宙太空以它的神秘和绚丽，召唤我们踏过平庸，进入它无垠的广袤……”已故的中科院国家天文台研究员、FAST工程首席科学家兼总工程师南仁东诗一般的语言，让人们对FAST的未来满怀憧憬。