CB射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究应用.doc

项目名称：射电波段前沿天体物理课题及FAST初期科学研究首席科学家：李菂 中华人民共和国科学院国家天文台起止年限：.1-.8依托部门：中华人民共和国科学院一、核心科学问题及研究内容FAST建成将是中华人民共和国初次在射电这一重要天文频段拥有最先进望远镜。与其她射电望远镜相比，FAST在设计理念及工程概念上具备创新性：运用天然喀斯特洼坑作为台址、数千块可调节单元构成500米球冠积极反射面、采用轻型索拖动机构和并联机器人实现馈源接受机高精度指向跟踪及定位；突破了望远镜百米工程极限，实现了造价大幅度减少。FAST设计和建造综合体现了国内高技术创新能力。FAST座落于射电环境宁静贵州喀斯特洼地，并具备世界上最大持续孔径，它必将对天文学产生非同寻常影响。与最接近它先驱Arecibo望远镜相比，FAST原始敏捷度要好2.5倍，巡天速度要高10倍，并将覆盖23倍多天区。FAST在多项指标上将比国际前沿设备提高一种量级，并且有能力摸索新参数空间，因而很也许获得预料之外发现。天文学是由观测主导学科。FAST波段从70MHz到3GHz覆盖了如下对天体物理至关重要观测量（按预期占用FAST观测时间排序）：原子氢线（HI）、脉冲星、各种分子和其她原子谱线、脉泽源和射电持续谱。通过对这些可观测量系统及摸索性研究，咱们将集中在四个射电天文大方向上作夯实工作，力求在四个方面研究上获得突破：1）宇宙学和星系演化；2）星际介质和恒星形成；3）脉冲星物理和应用；4）行星射电辐射。相应重要观测量为：1）HI和射电点源；2）HI和谱线及脉泽；3）脉冲星；4）射电持续谱。本项目规划完全立足于使用已有设备科研经验作有依照展望。下面大体根据可观测天体天文距离由远而近顺序来简介研究内容，最后简介核心技术开发（接受机）和FAST初期科学设想。1）宇宙来源和星系演化宇宙来源、天体来源和生命来源是自然科学中首要问题，它们可通过大型单天线射电望远镜来探究。凭借FAST空前接受面积、大天区覆盖及顶级接受机系统，通过在低频射电波段对物质和能量进行精准测量，可为探究这些问题做出独一无二贡献。 在射电频段，望远镜可以观测宇宙气体重要成分是中性原子氢（中性氢，HI）。含气体星系在光学波段可见度取决于其恒星形成历史，通过巡天对气体宇宙进行完整普查，将提供独立于基于光学观测宇宙学和星系演化信息。基于冷暗物质模型（CDM）大尺度构造模仿已经获得了广为接受成果（例如Springel et al.，Nature，435，629），是宇宙学研究中一种激动人心进展。但是需要特别注意是，这些模仿是在不懂得暗物质和暗能量实际成分及物理状态条件下进行。通过把预言构造与可观测物质分布进行比较，才可以检查有关宇宙学核心参数。当前，失踪伴星系问题，即观测中小质量晕数量较暗物质模仿预言偏少仍是这种比较检查中一种未解之谜。考虑到咱们对恒星形成知识不拟定性，以及模仿中对恒星形成非常粗略解决，这些晕恒星成分基本上是未知。因而，通过一种能达到更小质量完备极限中性氢巡天，FAST能极大地增长咱们对宇宙来源结识。中性氢功率谱和红移关系是研究星系演化重要信息。尽管FAST难以探测较高红移（z1）星系中性氢，但有也许探测到星系团中性氢发射（Chang et al.，Nature，466，463）。此外一种巡天模式是定点观测已知红移源。Catinella等人（，ApJ，685，L13）使用Arecibo望远镜数小时积分，探测到了红移约为0.25大质量盘星系。在同样观测时间内，FAST将使这些定点巡天样本量提高一种量级。咱们研究内容重要是总结当前河外中性氢巡天数据，力求有创新地研究其在宇宙学上意义。建立有预见能力宇宙学和星系演化模型，解释HI和射电源观测。在总结基本上，对有特别意义天体群如超亮矮星系，申请国际观测时间，争取新发现。2）星际介质和恒星形成FAST将是研究银河系一种强有力仪器。可以通过观测涉及中性氢21厘米谱线、射电持续谱和复合线在内不同种类射电信号研究星际介质。氢是宇宙中最丰富元素，1420.405MHz处原子氢超精细跃迁是探测它重要手段。对银河系及邻近星系进行系统中性氢巡天是FAST重要科学目的之一。 当前已有全天银河系中性氢巡天辨别率大概为36角分（Hartmann & Burton，Atlas of Galactic Neutral Hydrogen，1997）。世界上重要射电综合孔径望远镜已经完毕了若干对银道面巡天，这涉及加拿大银道面巡天（Canadian Galactic Plane Survey，CGPS，English et al.，1998，PASA，15，56）、甚大阵银道面巡天（VLA Galactic Plane Survey，VGPS，Stil et al.，AJ，132，1158）和南天银道面巡天（Southern Galactic Plane Survey，SGPS，McClure-Griffiths et al.，ApJS，158，178）。这些巡天覆盖了赤纬约+/-1.5度之内银盘大某些赤经范畴，巡天空间辨别率约1角分、速度辨别率约1km/s。美国研究团队正在使用Arecibo焦面阵（Arecibo Focal Plane Array，ALFA）进行银河系选定区域大天区中性氢成图观测，涉及金牛座分子云和麦哲伦流。Arecibo中性氢观测空间辨别率约为3.5角分，速度辨别率约为0.1km/s。FAST将使用19波束馈源阵进行银河系中性氢成图观测，其巡天速度将比Arecibo快10倍，空间辨别率将提高约30，天区覆盖大23倍。因而，FAST中性氢巡天将提供一种在其可见天区内银河系中性氢全面图像，几乎好于既有所有巡天。新恒星在致密星际介质中产生。恒星和行星形成是地球文明得以产生基本。以太阳为代表小质量恒星构成了银河系中恒星物质主体。小质量恒星长寿命和大数量为人类世界演化提供了稳定环境，并也许拟定了演化时标。年轻恒星普通可以直接在红外到紫外波段被看到，而射电望远镜特别适合于研究星际介质（ISM）和恒星诞生地状态。对于河内观测，FAST接受面积和L波段接受机使其能以高于0.1 km/s速度辨别率（频谱辨别0.5kHz），捕获超过1000 km/s速度范畴内中性氢辐射。也就是说，FAST在频域拥有4个数量级动态范畴。这样高辨别率使细致研究小质量星形成成为也许，为在邻近区域开展该方面研究提供了有利条件。这其中一种重要领域是通过吸取谱研究原子氢中冷成分，这些吸取谱涉及中性氢自吸取（HI Self-Absorption，HISA，例如Gibson et al.，ApJ，540，851；Knee & Brunt，7，Nature，412，308）、中性氢窄自吸取（HI Narrow Self-Absorption，HINSA，例如Li & Goldsmith，ApJ，585，823）及对背景持续谱源吸取。大光谱动态范畴有助于在速度空间将冷气体从星系中性氢背景里分离出来，并提供其激发条件信息。这些吸取特性示踪了原子氢冷却及原子氢结合成分子氢历史，这是恒星形成必要环节。 大质量星占据了星系质量小某些并且寿命较短，但它却主导了宇宙学和星系尺度物质动力学过程及演化。与小质量恒星形成相比，咱们对大质量恒星形成所知更少。大质量恒星形成初始条件及其形成过程中坍缩和物质喷发均有待于进一步研究。与大质量恒星相伴核合成及尘埃形成造就了当前存在大多数重于氦元素。FAST提供四个量级光谱动态范畴使咱们可以细致观测大质量恒星形成动力学过程和大质量星多其环境反馈影响。“巨泡”和“烟囱”构造是在银盘尺度上动力学相干构造例子，它们也许与大质量恒星形成和死亡均有联系。研究这些构造物质和能量构成将提供星际介质演化整体图像。咱们研究内容重要是发展对河内中性氢观测和分析创新手段，例如，氢窄线吸取(HINSA)。通过系统研究现存河内HI巡天，合理定义FAST核心课题。发展和完备对射电波段内各种谱线结识，摸索射电复合线、脉泽等在天体物理上应用。3）脉冲星物理和应用脉冲星是大质量恒星演化最后产物，找到它们需要使用品有较高频率和时间测量精准性射电望远镜。Arecibo和其他既有射电望远镜将它们相称一某些观测时间用于脉冲星搜索。FAST将把这些搜寻扩展到前所未有敏捷度和天空覆盖，从而为研究银河系中大质量恒星死亡提供新信息，如由脉冲星逃逸速度反推超新星爆发信息等。脉冲星也被以为是极端密度、磁场和奇异物态条件下物理实验室。脉冲星所提供精准时间信号也已被用于宇宙尺度引力波探测，这将也许启动一种观测宇宙新窗口。FAST可搜寻毫秒脉冲星、双星系统中脉冲星、双脉冲星、银河系外脉冲星等。FAST使用多波束接受机进行巡天预测一年内将发现几千颗银河系内脉冲星。如此大规模巡天很也许发既有趣且极端奇异天体。在这些也许发现中，最重要是脉冲星-黑洞双星系统。对它观测将得到黑洞精准信息。此外，FAST还也许发现亚毫秒脉冲星和质量明显不不大于1.4倍太阳质量脉冲星。这将限制超核物质密度下物态方程，并进一步提供强互相作用信息。从这一点上看，脉冲星是研究引力互相作用和强互相作用独特实验室。 FAST所发现大量脉冲星可用于研究恒星晚期演化和超新星过程以及研究星际介质分布精细构造等。在FAST建成初期调试阶段，有望发现仙女座星系M31中几十颗脉冲星。FAST也也许发现本星系群中其他星系（如M33）内脉冲星。Smits等人（Smits et al.，A&A，505，919)使用PSRPOP软件进行了FAST L波段脉冲星巡天蒙特卡洛模仿，表白FAST将探测到5000颗脉冲星，其中4000颗将是新发现。新发现毫秒脉冲星数量约为总数1/10。脉冲星自身具备精准守时特性，这使其成为探测广义相对论预言引力波独特手段。FAST将进行最精准脉冲星计时观测，这将大大提高探测来自大质量双黑洞和大爆炸引力波敏捷度。通过5年高精度（约30ns）计时观测，FAST将探测到背景引力波，或者排除既有大质量双黑洞和宇宙弦模型。如果FAST加入到国际脉冲星测时阵（IPTA），这一时间还也许提前。咱们研究重要内容是发展和完善自己脉冲星观测手段。这涉及，研发新型脉冲星接受机和数字终端，并应用到国内既有射电望远镜上。研究脉冲星辐射机制和内部物理，理解脉冲星时钟信号稳定性，摸索其作为引力波探测器和导航工具特点等。4）行星射电辐射太阳系内五颗行星（地球、木星、土星、天王星和海王星）有非热射电辐射。它们辐射机制没有定论。经验地讲，辐射极光功率(aural power)和太阳风动力学功率（kinetic power)有幂律有关关系（Desch & Kaiser，1984，Nature，310，755)。近来十年，地外形星大量发现，特别是超大木星发现，使搜寻系外行星非热辐射成为也许。迄今为止，已使用几乎所有低频射电望远镜进行尝试，还没有必定成果。这也许是仪器各种非记录噪声如RFI，更也许是超大木星具备完全不同磁场或辐射机制。 本项目首席李菂研究员在欧洲地质学会邀请报告中提出，FAST可以在10分钟内探测到一种10pc距离上正常木星系统。FAST高敏捷度，使得频繁及长期监测成为也许。这样，咱们可以用时变信号克服系统噪声和干扰。如果成功，FAST甚至能提供系外行星自转信息。这是一种带有很大摸索性和不拟定性题目。但是系外行星不断大量发现，特别是大量类地行星系统发现 (Kepler天文台最新成果)，使得这种摸索方向有了合理但愿。5）核心技术开发射电望远镜系统中与天文信号最直接有关是接受机。在望远镜大小和精度相对拟定条件下，接受机技术可以对敏捷度和成像速度产生数量级影响。FAST项目设计中接受机已由FAST项目经费支持。但是咱们仍需跟踪接受机技术发展，预备研制下一代接受机，才干保持技术上先进。最新焦面相位阵（PAF）技术，可以进一步扩大视场，观测速度和巡天效率比多波束接受机提高一种量级。同步这项技术可扩大FAST可视天顶角，使其可观测到银河系中心。美国、荷兰、澳大利亚等已研制出PAF样机，将用于中性氢巡天。本项目重要研究内容是跟踪和发展国际上最新和有但愿应用到FAST升级中来接受机技术，特别是焦面相位阵和相位阵在VLBI上应用。6）FAST初期科学 FAST构造创新性与复杂性对其科学运营提出了挑战，特别是初期试运营阶段。咱们筹划在这一阶段（大概612个月）集中完毕几种初期科学项目，争取在所有接受机到位且所有观测模式可运营之前，运用FAST高敏捷度获得某些发现。 l 搜寻空间新分子和新谱线随着射电天文学发展，人类已经懂得了星际介质基本构成。射电天文核心性发现中涉及最早发现星际中性氢和最早发现星际分子羟基。一种完整星际分子谱线列表对这一领域研究是非常重要。谱线搜寻是毫米波段一种重要观测模式，由此找到了大量分子谱线，特别是分子转动跃迁谱线。在低频射电波段，还没有进行完整、系统谱线搜寻。近来Arecibo望远镜对星暴星系Arp220观测中，找到了前生物分子亚甲基胺（Methanamine，CH2NH）。猎户座分子云是距离地球近来恒星形成区，具备高气体柱密度和有效激发源，其中心致密区域始终是研究星际介质成分重要场合。猎户座分子云是FAST重要河内分子云搜索目的之一，它在Arecibo可观测天区之外。初期科学阶段，咱们筹划用FAST所有可用波段观测猎户座分子云，通过若干小时积分达到mK敏捷度。对比FAST对猎户座分子云观测与Arecibo对Arp 220观测将会是十分有趣，可以借此理解河内恒星形成区与明亮红外星系星际分子谱线来源。这个摸索性观测有也许发现新负离子大分子如C10H-。与C10H-构造类似较小分子近来刚在星际介质中被观测到。 l 中性氢星系巡天 使用迅速扫描模式搜索中性氢星系将是十分有效，AreciboALFALFA巡天已经证明了这一点。由于天区覆盖与扫描速度成正比，而噪声下降速度与积分时间平方根成正比，因此，要有最佳科学产出即探测到最多星系，巡天需使用较短积分时间。大规模中性氢全面巡天需要焦面阵馈源并采用迅速扫描模式。但是在初期科学阶段，咱们需要是对若干目的源深度积分，目是测量星系团和星暴星系气体成分。这些天体中中性氢含量是星系演化和宇宙学基本参量，但由于既有仪器敏捷度不够，咱们对此知之甚少。FAST高敏捷度有望在这一方面实现突破。咱们还需要准备一种观测目的列表，特别是在Arecibo天区之外具备独特特性天体。在室女星系团距离上，几种小时积分观测将探测到106太阳质量中性氢。这将为中性氢质量函数低质量端提供前所未有信息。l 脉冲星巡天 同中性氢同样，使用焦面阵馈源进行脉冲星大规模巡天才会更有效率。在初期科学阶段，应当开始监视毫秒脉冲星。FAST高敏捷度和大天区覆盖将使其能监视大某些已知毫秒脉冲星。毫秒脉冲星计时信号波动携带着引力波信息，应从初期科学阶段开始对其监视。对近邻星系脉冲星搜索也应尽早展开，FAST很也许第一种探测到河外脉冲星。 综上所述，咱们筹划能在初期科学阶段在重要科学领域进行少数几种仔细选定观测项目。这些初期科学项目将用于测试望远镜性能和基本观测模式。借助于FAST高敏捷度和大天区覆盖以及科研队伍准备，力求在FAST运营前6个月获得重要科学发现。二、预期目的环绕低频射电五类重要可观测量，配合FAST这一国家重大基本科学装置建设，本项目预期在四个重大天体物理前沿获得大量成果和一定突破。这个预期总目的通过六个有机联系课题组，几十个详细科研课题来完毕。技术细节由各课题分别阐述，成果由预期过百篇国际一流学术刊物论文、接受机技术报告和样机、培养约30名研究生以及23名有国际能见度FAST射电天文学者(FAST Fellow of Radio Astronomy)来体现。总体讲，咱们筹划在五年内完毕如下任务：1）系统获取、总结并分析既有国际射电巡天数据。2）发展有自主创新观测、分析和模型办法。3）获取宇宙学、星系演化、恒星形成、脉冲星机制等核心方向研究成果，力求重大突破。4）有效参加国际望远镜时间竞争，在有关方向获得国际领先学术地位。5）明拟定义FAST初期科学核心项目，对选源和观测模式等给出系统指引根据。 这些任务完毕将树立本团队在相称一批科研方向国际领先地位，为FAST建成后由中华人民共和国科学家领导初期科学目的做恰当准备。三、研究方案基于FAST特点，咱们选用了低频射电天文中重大前沿方向进行研究。本973时间与FAST建设时段正好交叠，因此要与望远镜建设有机互动，但是研究方案是基于已有设备、数据和前瞻性理论研究。详细方案已在课题任务书中详细阐述。这里总结如下：1）尽量完整获取国际现存最先进巡天观测数据。办法涉及 a)调研和整顿公开释放数据库，例如 Arecibo ALFA surveys、Spitzer legacy programs、VLA sky surveys等；b)通过国际合伙获得第一手资料如Arecibo Key programs、Herschel Key programs、Taurus Legacy Surveys等。本项目成员有相称数量国际合伙项目首席(PI)和成员(CoI),有条件完毕这一国际合伙任务；c)运用国内新仪器如青海德令哈13.7米望远镜多波束接受机开展巡天观测。2）发展有自主创新观测、分析和模型办法。咱们首创并正在发展氢窄线自吸取办法已被应用到天体化学领域来测量分子云形成时标、约束超新星遗迹距离以及标定宇宙学和星系演化模仿等方向上。本项目研究方案重点是继续发展和开发有特色科学办法。运用这些新办法在现存数据里获得新发现，并有针对指引FAST核心项目创立。3）紧扣射电数据，发展理论模型。例如，清华大学楼宇庆团组已经刊登了云核塌缩模型。咱们会将这个模型拓展到射电谱线，特别是HI和OH上，以期直接解释观测数据，并有重要物理成果。在宇宙学方面，咱们要发展有预见性宇宙学模型，以解释并指引诸如HI功率谱、射电源记录等重要观测新领域。4）基于第一手观测和分析经验，为FAST运营做夯实准备。本团队预期成为FAST重要科学顾客，会指引并完善FAST核心观测项目构建、目的源列表创立以及提出观测模式详细规定等。课题设立根据973指南规定，综合考虑FAST有关领域及国内既有人才，本项目设立六个研究内容紧凑、互相依赖并增进研究课题。课题间通过FAST可观测量（中性氢、脉冲星、分子谱线等)和观测技术(盲探、计时、成图等)有机结合。详细，课题1成员正在与课题6成员共同开发脉冲星数字后端。课题2和3都重要基于中性氢观测，而中性氢理论和模型解释是课题4重点之一。课题2和课题5有接近观测技术规定和目的，综合两课题成果，有也许对恒星形成完整演化过程给出重要图像。1. 脉冲星射电观测与理论研究课题负责人：徐仁新承担单位：北京大学重要研究内容和目的：脉冲星形成与演化、星族合成、毫秒脉冲星来源等；同步借鉴国际上当前三大脉冲星阵经验，建立脉冲星阵科学队伍并考虑国内已有设备及FAST来研讨中华人民共和国脉冲星阵方案。重要学术骨干： 袁业飞、张承民、袁建平、岳友岭经费比例：112. 从原子到恒星：星际介质及恒星形成射电研究课题负责人：李菂承担单位：中华人民共和国科学院国家天文台重要研究内容和目的：研究星际介质从原子到分子转化，发展观测冷原子氢新办法。通过多波段观测揭示大质量恒星形成物理和化学过程。探讨用FAST探测太阳系外行星可行性。重要学术骨干：吴月芳、楼宇庆、田文武、加尔肯、周建军、钱磊、李会贤经费比例：223. 星系构造和星系演化 课题负责人：朱明承担单位：中华人民共和国科学院国家天文台重要研究内容和目的：通过度析大规模多波段巡天数据，研究星系演化重要疑团，涉及重子缺失和失踪伴星系等。系统探测星系气体成分，研究气体星系演化。重要学术骨干：吴宏、胡剑、肖莉、朱轶楠经费比例：124宇宙学和暗物质课题负责人：朱宗宏承担单位：北京师范大学重要研究内容和目的：研究中性氢在不同红移观测特性及其在宇宙学和暗物质研究上重大意义。研究暗物质小尺度和大尺度构造。通过系统研究矮星系检查冷暗物质模型。重要学术骨干：张同杰、董小波、张明经费比例：115射电光谱和脉泽源 课题负责人：王均智承担单位：南京大学重要研究内容和目的：通过总结FAST波段里所有辐射谱线，研究天体化学、银河系构造和恒星形成。重要学术骨干：朱青峰、张江水、李娟经费比例：106. 低频多波段接受机和VLBI设计预研课题负责人：金乘进承担单位：中华人民共和国科学院国家天文台重要研究内容和目的：开展低频PAF单元及阵列仿真分析，给出各单元间互耦和各观测模式下波束形成所需幅度和相位因子。对PAF馈电单元插损等电性能进行仿真分析。开展小型化低噪声放大器研制。掌握常温及制冷放大器仿真设计、组装工艺及测试办法。提出自主研制技术方案。开展数字波束形成技术研究。进行多通道模数转换和数字滤波研究，并以研究宽带数字波束形成算法研究和实现办法。针对不同观测模式，提出数字波束形成网络技术方案。进行多波束VLBI数据记录终端研制，研究不同波束之间相对相位关系和数据记录方式。重要学术骨干：彭勃、刘鸿飞、沈志强经费比例：34四、年度筹划研究内容预期目的第一年1. 收集整顿既有巡天数据，涉及河内和河外中性氢和谱线数据。2. 学习改进数据解决分析软件和办法。3. 开发河内及河外中性氢理论模型。4. 在云南40米望远镜进行脉冲星观测实验。5. 发展引力波和引力透镜理论。进行模仿研究。6. 进行接受机现状调研和FAST低频接受机需求分析。1. 建立中性氢和谱线数据库。2. 掌握数据解决和分析软件。3. 建立中性氢理论模型。4. 观测到脉冲星，积合计时观测数据。5. 产生出红移不大于3物质三维分布，解决和分析数据，计算物质功率谱。6. 完毕接受机调研报告和需求分析报告。第二年1. 继续收集、整顿既有巡天数据。2. 申请国内外望远镜时间,开展天文观测。解决和分析数据。 3. 开发、完善核心数据解决新算法。搜索冷尘埃云核。4. 继续开发河内及河外中性氢理论模型。5. 开展脉冲星物态方程理论研究。6. 依照FAST各种参数模仿其对中性氢21cm辐射观测，完毕21cm三维强度成图，与光学星系分布做互有关研究。7. 使用国内射电望远镜开展观测，积累观测数据。8. 进行接受机单元实验研究。1. 完毕数据收集、整顿和数据库建设。2. 得到望远镜观测时间和得到数据解决成果。3. 完善HINSA办法。开发新算法。找到冷尘埃云核。4. 完毕河内中性氢谱线模型。5. 给出符合脉冲星观测现象致密物质状态方程。6. 计算中性氢21cm强度和光学星系互有关系数，与Chang et al. 成果比较。7. 积累谱线和脉冲星观测数据。8. 完毕接受机单元基本技术方案。第三年1. 脉冲星星族合成研究。2. 脉冲星搜索算法研究和射电谱线观测办法研究。3. 多波段观测对比研究。继续开发河内及河外中性氢理论模型。4. 对不同星系样本和星系质量函数分析。5. 继续使用国内射电望远镜积累观测数据。力求获得更多国际望远镜观测时间。6. 运用小波分析研究21cm三维强度成图记录性质。7. 接受机多路数据传播实验研究。1. 建立毫秒脉冲星形成和演化模型。2. 开发高效脉冲星搜索算法。开发射电谱线观测新办法。3. 完毕Planck核巡天观测。研究大质量恒星形成物理过程。分析星系内不同气体成分在恒星形成和星系演化中作用。4. 得到星系质量函数。5. 扩大观测样本。6. 计算出中性氢HI功率谱，特别是重子声学震荡(BAO)在功率谱上特性和尺度。7. 建成多路数据传播系统。第四年1. 调研国际大型巡天运营模式，研究和规划FAST巡天模式。2. 研究FAST初期科学目的。3. 跟踪国际行星探测和模型发展。跟踪木星磁场模型发展。理解行星射电辐射机制。4. 继续数据分析与模型研究。回答恒星形成和星际介质演化重要物理问题。5. 研究中性氢含量、分布与特性随红移演化。6. 引力透镜系统及其应用，特别是透镜红移检核对宇宙学限制7. 开展脉冲星搜索实验。8. 使用上海65米望远镜进行观测。分析项目总结巡天资料，提出有竞争力国际观测筹划。力求获取既有国际领先设备时间。9. 接受机数字波束合成研究。1. 拟定FAST观测模式，给出FAST巡天详细实行方案。2. 给出一系列FAST初期科学目的。3. 理解行星射电辐射模型优劣。4. 系统解答河内恒星形成核心问题，例如原子到分子转换时标。5. HI功率谱宇宙学解释。6. 计算出FAST噪音功率谱。7. 建立脉冲星搜索系统。8. 观测敏捷度提高。获得国际先进射电望远镜项目支持。9. 不同观测模式数字波束合成技术方案。第五年1. 总结前四年观测经验，为FAST建成后开展与本课题有关科学研究做好充分准备。初期科学目的进一步优化。2. 组建FAST巡天科学团队。3. 总结射电数据分析和观测经验。4. 发展探测系外行星射电探测技术。5. 在深刻理解中性氢21cm辐射强度与光学星系观测有关特性基本上，探讨FAST运用21cm三维强度成图对宇宙学参量依赖和限制能力。6. 研讨运用国内已有设备及FAST来建立中华人民共和国脉冲星阵方案。7. 多波束VLBI终端研究。1. 拟定各个FAST初期科学目的优先顺序。构建FAST观测源列表和所需观测模式。建立FAST核心观测筹划。2. 建立FAST巡天科学团队。3. 建立FAST数据解决流程。4. 给出探测系外行星详细目的源与敏捷度预计。拥有自己独创射电观测办法。5. 运用Fisher矩阵工具计算出FAST中性氢21cm辐射对宇宙学参量和暗能量状态方程置信区间和误差。6. 提出将来“中华人民共和国脉冲星阵”方案。7. 给出多波束VLBI终端技术方案。