中國天眼（FAST）自2020年1月11日通過國家驗收至今已近兩周年。兩年來，中國科學院國家天文台按照“高水準管理和運作好這一重大科學基礎設施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”的要求，在全力組織做好FAST高品質開放運作的同時，第一時間成立了FAST科學委員會、時間配置設定委員會和使用者委員會，統籌規劃科學方向、遴選重大項目、制定資料開放政策、配置設定觀測時間等。為充分發揮FAST科學效能，促進重大科學成果産出，科學委員會圍繞FAST優勢科學目标，征集遴選了五個優先重大項目，組織全國優秀科研團隊，開展大團隊集中攻關，取得了一系列重要成果。
圖1. 中國天眼FAST
2021年3月31日，FAST正式向全球開放共享，向全球天文學家征集觀測申請，彰顯了中國科學家與國際科學界攜手合作的理念。此次征集收到來自不同國家共7216小時的觀測申請，最終14個國家（不含中國）的27份國際項目獲得準許，并于2021年8月啟動科學觀測。
FAST運作效率和品質不斷提高，年觀測時長超過5300小時，已遠超國際同行預期的工作效率，為FAST科學産出起到重要支撐作用。截至目前，FAST共發現約500顆脈沖星，成為自其運作以來世界上發現脈沖星效率最高的裝置。
圖2. 中國天眼多科學目标同時掃描巡天藝術圖
（版權：國家天文台）
2021年，依托FAST又取得了一批重要科研成果。
FAST中性氫譜線測量星際磁場取得重大進展。中性氫是宇宙中豐度最高的元素，廣泛存在于宇宙的不同時期，是不同尺度物質分布的最佳示蹤物之一。國家天文台慶道沖、李菂上司的國際合作團隊采用原創的中性氫窄線自吸收方法，利用FAST首次獲得原恒星核包層中的高置信度的塞曼效應測量結果。發現星際媒體從冷中性氣體到原恒星核具有連貫性的磁場結構，異于标準模型預測，為解決恒星形成三大經典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據。-該成果論文于中原標準時間2022年1月6日在國際學術期刊《自然》雜志以封面文章形式正式發表。
圖3.《自然》雜志封面設計稿，呈現金牛座分子雲天區的星際媒體和磁場。曲線為普朗克衛星測量的磁場方向圖，本底星雲來自赫歇爾空間望遠鏡拍攝的塵埃圖像。
獲得迄今最大快速射電暴爆發事件樣本，首次揭示快速射電暴的完整能譜及其雙峰結構。快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮射電爆發現象，起源未知，是天文學最新熱點。國家天文台李菂、王培、朱炜玮上司的國際合作團隊利用FAST對快速射電暴FRB121102進行觀測，在約50天内探測到1652次爆發事件，獲得迄今最大的快速射電暴爆發事件樣本，超過此前本領域所有文章發表的爆發事件總量，首次揭示了快速射電暴的完整能譜及其雙峰結構，成果論文于2021年10月14日在國際學術期刊《自然》雜志發表。FAST多科學目标巡天已經發現至少6例新FRB，正在為揭示這一宇宙中神秘現象的機制、推進這一天文學全新的領域做出獨特的貢獻。
圖4.（左圖）快速射電暴FRB 121102平均每小時爆發率的能量分布。在低能端90%探測完備性下測量到低于特征能量E0=4.8x1037erg開始出現爆發率下降，展現了複雜能量分布。（右圖）FAST觀測快速射電暴藝術想象圖，圖中脈沖來自FAST觀測FRB 121102真實資料。
“銀道面脈沖星快照巡天”項目持續發現毫秒脈沖星。發現脈沖星是國際大型射電望遠鏡觀測的主要科學目标之一。國家天文台韓金林上司的FAST重大優先項目“銀道面脈沖星快照巡天”在不到兩年時間，累計觀測了約620個機時，完成了計劃搜尋天區的8%，截至目前該項目新發現279顆脈沖星，其中65個為毫秒脈沖星，在雙星系統中的有22顆。相關論文于2021年5月在國内學術期刊《天文和天體實體學研究》發表。國際著名學者澳洲科學院院士Manchester教授評價“發現這麼多脈沖星令人印象深刻”，“發現如此衆多毫秒脈沖星，是一個顯著的成就”。該工作執行1年半所發現的脈沖星數已經超越美國阿雷西博望遠鏡15年的搜尋結果。
開展多波段合作觀測，開啟脈沖星搜尋新方向，并打開研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑。基于FAST靈敏度國際領先的優勢，将FAST與高能波段的重要空間天文設施費米伽馬射線天文台大視場望遠鏡（Fermi-LAT）相結合進行天地一體化協同和後随觀測，具有産生重大科學突破的潛力。國家天文台李菂、王培上司的國際合作團隊發現了多顆脈沖星，并開展了多波段觀測分析。相關成果于2021年12月在國内學術期刊《中國科學》上以封面及編輯點評文章形式發表。多波段合作觀測不僅開啟了FAST脈沖星搜尋新方向，而且打開了研究脈沖星電磁輻射機制的新途徑，為研究中子星星族演化和探測引力波提供更多樣本。
圖5.（左圖）PSR J0318+0253位置和積分脈沖輪廓。a）FAST一小時跟蹤觀測的射電波段積分輪廓；b）折疊Fermi-LAT累積9年資料所獲得的伽馬光子積分脈沖輪廓。（右圖）FAST-FermiLAT合作開展脈沖星觀測藝術想象圖，《中國科學》2021年第12期封面。
基于超高靈敏度的明顯優勢，FAST已成為中低頻射電天文領域的觀天利器，未來将在快速射電暴起源與實體機制、中性氫宇宙研究、脈沖星搜尋與實體研究、脈沖星測時與低頻引力波探測等方向産出深化人類對宇宙認知的科學成果。
2021年2月5日，習近平總書記在考察貴州時，專門聽取了FAST工作彙報，并視訊連線慰問現場從業人員。習總書記指出，中國天眼是觀天巨目、國之重器，實作了我國在前沿科學領域的一項重大原創突破。總書記對中國科學院和廣大科技工作者的親切關懷，展現了對科技自立自強和強化國家戰略科技力量的殷切期望。中國科學院将以更為開放的姿态向全球共享科學研究設施，為國際天文學界提供高水準的觀測平台，促進天文研究國際合作，提升我國天文研究的國際地位和影響力，用“中國智造”為建構人類命運共同體貢獻“中國智慧”，推動世界科技發展和人類文明進步。
《中國國家天文》2021年12月刊
帶你盤點2021年天文學10大進展