中国天眼FAST凭什么能构建世界最大中性氢星系样本库？|宇宙|望远镜|数据|脉冲星|科研

　　中国科学院国家天文台主导的“中国天眼”FAST中性氢巡天项目（FASHI）近日发布第二期数据集，成功构建当今世界规模最大的中性氢星系样本库，探测到的河外中性氢源数量达到15.6万个，覆盖近半个天穹，样本量是此前国际巡天望远镜的5倍，并将近邻宇宙中性氢密度测量精度提升至0.6%，均为人类迄今最高纪录。[1][2][4]

　　这一里程碑式成果由中国科学院国家天文台姜鹏研究员团队领衔，联合国内多家科研单位共同完成，于2026年9月8日以封面文章形式发表在《中国科学：物理学，力学，天文学》（英文版）上。[2][3]FAST用短短两年观测时间，两次刷新了美国Arecibo望远镜ALFALFA巡天统治近20年的纪录，完成了从“世界纪录保持者”到“核心参考样本”的关键跨越。[2][3]

　　中国天眼这次的新发现到底是什么？

　　简而言之：FAST通过接收宇宙中最古老物质——中性氢发出的21厘米辐射信号，绘制出了人类历史上规模最大、精度最高的宇宙气体图谱。

　　中性氢是宇宙大爆炸后第一批稳定形成的原子，是恒星的“原材料”、星系的“建筑材料”，也是记录宇宙从黑暗走向光明的“历史档案”。[1][3]它发出的21厘米辐射信号穿透力极强，能穿越星际尘埃的层层遮挡，将宇宙深处最原始的气体信息传递到地球。FAST正是捕捉这一“宇宙信标”的最强利器。[1][3]此次发布的FASHI DR2数据，在两年的观测时间内，探测的河外中性氢源从首期的4万跃升至15.6万，覆盖天区从7600平方度猛增至19500平方度，几乎占据半个天穹。[2][3]

　　依托这批海量精准样本，科研团队取得关键科研突破：首次将中性氢质量函数的可靠测量范围拓展至100万倍太阳质量；将近邻宇宙中性氢密度的测量精度提升至0.6%，创下人类观测该物理量的精度新高。[4][5]

　　为什么中性氢是宇宙“信标”？FAST如何捕捉它？

　　中性氢之所以被称为宇宙“信标”，是因为其21厘米谱线具有独特的物理特性，而FAST凭借世界最大的单口径球面射电望远镜，成为目前探测这一信号的“最强利器”。

　　138亿年前，宇宙大爆炸后温度逐渐降低，质子和电子终于能稳定地结合在一起，形成了第一批中性氢原子。[2]这些中性氢原子在星际空间中弥漫，当它们经历能级跃迁时，会发射出波长21厘米的电磁波。这一信号不受星际尘埃遮挡，可以穿透银河系盘面，将宇宙深处最原始的气体信息传递到地球。因此，天文学家将中性氢21厘米辐射视为研究星系形成、宇宙结构和暗物质分布的“金标准”。

　　FAST的500米口径球面主动反射面设计，使其灵敏度远超同类望远镜。根据公开报道，FASHI巡天的典型灵敏度达0.57 mJy/beam，[2]这意味着它能够探测到极其微弱的21厘米信号。在两年时间内，FASHI项目便完成了对Arecibo望远镜耗时十余年积累的ALFALFA巡天的全面超越，将探测源数量推至其5倍规模。[2][3]

　　FAST如何完成从“纪录保持者”到“核心参考样本”的跨越？

　　这一跨越体现在数据规模、质量以及国际认可度三个维度上。

数据规模层面：2024年1月，FASHI首期数据（DR1）以41741个探测源登顶世界最大中性氢星系样本，令Arecibo望远镜ALFALFA项目历时十余年积累的纪录成为历史。[2]短短两年后，DR2将这一数字推至15.6万，是DR1的近4倍、ALFALFA的5倍，覆盖天区也从7600平方度增至19500平方度，接近全天面积的一半。[2][3]
数据质量层面：依托这批数据，科研团队将中性氢密度测量精度提升至0.6%，这是人类迄今对这一物理量最精确的测量。[1][4][5]同时，中性氢质量函数的可靠测量范围被拓展至100万倍太阳质量，为星系演化研究提供了前所未有的精细样本。[4]
国际认可层面：FASHI DR1数据一经发布，便引起国际天文学界高度关注。已有十余个国内外研究团队表达了合作意向，合作方向涉及星系演化、宇宙学、大尺度结构等多个领域。截至DR2发布前，FASHI DR1相关论文已被引用超过100次。[2]这一引用数据反映了学界对FASHI数据质量的初步认可，FASHI正逐渐成为该领域重要的参考数据集之一。[2]

　　这一成果对天文学研究意味着什么？

　　最直接的意义是：人类拥有了迄今最大、最精准的中性氢星系样本库，这将为解答星系演化、暗物质分布、宇宙大尺度结构等前沿谜题提供关键数据，还可为引力波溯源、下一代射电望远镜研究提供重要参考。[1][6]

　　从更宏观的视角看，FAST的这一成就标志着中国射电天文研究实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。除了中性氢巡天，FAST在脉冲星发现领域同样成绩斐然——据国家天文台最新发布数据显示，FAST发现的脉冲星数量达到1152颗，远超同一时期国际上其它望远镜发现脉冲星数量的总和。[7]这种“双轮驱动”的产出能力，使FAST成为全球天文学界最重要的观测平台之一。

　　对于普通公众而言，这项研究也有其科普价值：它让我们意识到，宇宙中最古老的基础物质——中性氢，正通过FAST的“聆听”向我们诉说星系诞生的故事。正如论文封面所呈现的意象：暖色夕阳背景下，21厘米信号被具象为穿越亿万光年的宇宙信使。[2]

　　公司与业务影响：FAST项目生态格局分析

　　FAST虽然并非传统意义上的“公司”，但其作为国家级科研基础设施，其业务动作对相关科研生态、国际合作和人才培养均有重要影响。以下从项目运作角度进行梳理：

动作	涉及业务	影响对象	关键数字	短期影响	长期观察	来源
发布FASHI DR2数据集	中性氢巡天	国际天文学界、合作研究团队	15.6万个中性氢星系；0.6%精度	已吸引十余个国内外团队合作意向；DR1论文被引超100次	成为领域核心参考样本，推动星系演化与宇宙学研究	[1][2][4]
脉冲星发现数量持续刷新	脉冲星搜索	引力波研究、基础物理	1152颗	远超同期国际其他望远镜总和	为引力波溯源和下一代射电望远镜提供关键参考	[7]
FAST中性氢巡天方法论文被选为封面	学术传播	期刊读者、科研评价体系	《中国科学》封面文章	提升中国天文学国际学术话语权	可能带动更多中国科研团队主导国际前沿课题	[2][3]
FAST与“观天双雄”其他设备协同	多波段观测	天文成像、多体问题研究	—	“一次拍下百万颗星”的新望远镜与FAST互补	形成中国自主可控的深空探测观测体系	[8]