从“追光者”到“掌灯人”：中国天眼如何绘就最大宇宙气体图谱？｜科技观察

封面新闻记者 边雪

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。中性氢是宇宙中最古老、最基础的物质——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”。中性氢发出的21厘米辐射，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。

中国天眼FAST，正是捕捉这一宇宙“信标”的“最强利器”。从“追光者”到“掌灯人”，中国天眼用两年时间完成了一次关键跨越。从贵州平塘的喀斯特洼地出发，这台口径500米的球面射电望远镜正在重新定义人类对宇宙气体分布和星系演化的认知。

《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》（图源中国科学院国家天文台）

9月11日，记者从中国科学院国家天文台获悉，由姜鹏研究员团队领衔的FAST中性氢巡天项目（FASHI），以封面文章形式在《中国科学：物理学 力学 天文学》发布了第二期数据集FASHI DR2，构建起当今世界规模最大的中性氢星系样本库。

15.6万个“宇宙信使”的突破

此次发布的FASHI DR2数据集，在覆盖天区和探测源数量两个维度上均实现了大幅跃升。覆盖面积约19500平方度，占全天面积近一半；探测源数量高达156411个，是首期数据（FASHI DR1）的近4倍，是美国Arecibo望远镜ALFALFA巡天项目的5倍。典型灵敏度达到0.57毫央斯基每波束，比ALFALFA锐利约0.7倍。

这一成绩的取得并非一蹴而就。FASHI DR2的跨越式增长，源于FAST望远镜在2020年8月至2025年7月长达5年的观测周期中始终保持的卓越灵敏度与稳定性。论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员张传朋表示：“这不是一朝一夕的爆发，而是日复一日地扫描、积累与优化，每一平方度的覆盖、每一个源的探测，都是中国天眼向宇宙深处迈出的坚实一步。”

值得关注的是，FAST用两年时间两度刷新了Arecibo望远镜ALFALFA项目保持近20年的纪录。2024年1月，FASHI DR1刚一亮相，便以41741个探测源登顶世界最大中性氢星系样本。这个数字，让Arecibo望远镜ALFALFA项目历时十余年积累的纪录（约7000平方度、31500个源）成为历史。如今DR2的发布，进一步巩固了中国在该领域的领先地位。国际审稿人评价其为“天文学界期待已久的里程碑式数据集”，并称其“无疑将成为行业内的标准参考文献”。

从“有源可查”到“有据可依”

FASHI DR1数据发布后，引起了国际天文学界的广泛关注。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。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。

两年后，“FASHI团队”再次以封面文章发布了DR2数据。FASHI DR2的封面以暖色夕阳为背景，将FAST接收到的来自遥远星系的21厘米信号具象为穿越亿万光年的宇宙信使——这不仅是艺术的表达，更是科学的隐喻：中国天眼正在捕捉宇宙最古老的信标。

依托这批海量精准的观测样本，科研团队取得了两项关键突破。其一，首次将中性氢质量函数的可靠测量范围拓展至约100万倍太阳质量，这意味着天文学家可以在更低的星系质量区间开展统计研究。其二，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。

在此之前，由于样本量和灵敏度的限制，天文学家对低质量星系中性氢含量的统计认知存在显著盲区。FASHI DR2的发布，使这一盲区被大幅缩小。

为宇宙演化研究提供“中国样本”

这批数据的科学价值，已经在近期一系列前沿研究中得到体现。2026年9月1日，中国科学院国家天文台、上海天文台、上海交通大学等组成的国际合作团队，利用FAST与国际暗能量光谱仪（DESI）的联合观测数据，在《自然·天文》发表了一项颠覆性发现：过去45亿年里宇宙恒星形成活动显著减弱，但作为重要冷气体储备的中性氢并未同步枯竭。这一发现将讨论焦点从“气体是否耗尽”推进到了“为何有气却用不起来”，为理解宇宙恒星形成衰退提供了新的关键线索。

FASHI DR2的应用前景远不止于此。这15.6万个星系的气体“身份证”，预计将在多个天文学前沿领域发挥作用。

在星系演化领域，为研究气体吸积、恒星形成反馈与星系演化提供直接观测约束：人类可以完整地追踪一个星系“呼吸”的全过程；在宇宙学领域，精确的中性氢质量函数为理解暗物质晕中重子物质的分布、检验星系形成与演化模型提供关键数据，让宇宙的“隐形骨架”逐渐显形；在大尺度结构领域，FASHI描绘的中性氢宇宙网将与光学巡天互补，揭示气体在纤维状结构与空洞中的分布规律，在宇宙最空旷的地方，也藏着物质的秘密。

在引力波与暂现源研究领域，FASHI源表有助于精确定位引力波事件的宿主星系，每一次引力波回荡，都能找到它的家园；在SKA时代前瞻研究方面，FASHI为下一代射电干涉阵巡天提供了重要的样本设计和系统比对基准。

从FASHI DR1到DR2，FAST在该领域的数据产出实现了重要进展。DR2数据发布后，其源表已面向全球公开，为未来更大规模的宇宙探索奠定了关键数据基础。

论文第一作者为中国科学院国家天文台张传朋副研究员。该研究由国家天文台姜鹏研究员团队、上海天文台郭宏研究员团队联合贵州射电天文台、中国科学院南美天文中心、北京大学等国内多家科研单位共同完成。研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院、科技部等部门的联合资助。