科學也可以如此靠近

媒體:中國「天眼」出手 找到「外星人」還會遠嗎


未來網參考消息網月日報導 上個月,中國科學院國家天文台宣布,米口徑球面射電望遠鏡(FAST)經過一年緊張調試,已實現指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行,並確認多顆新發現脈衝星。宇宙從哪裡來,將要到哪裡去?人類認識宇宙經歷了複雜而崎嶇的過程,直到上世紀...

2017年12月26日10時51分 - 今日科學 / 未來網

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參考消息網11月3日報導 上個月,中國科學院國家天文台宣布,500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)經過一年緊張調試,已實現指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行,並確認多顆新發現脈衝星。

宇宙從哪裡來,將要到哪裡去?人類認識宇宙經歷了複雜而崎嶇的過程,直到上世紀中葉,「大爆炸宇宙論」才逐漸主宰大多數人的宇宙觀。但要真正回溯原初宇宙,天文學還有眾多謎團有待發現和解答。

上世紀末,中國天文學家提出獨立研製一台新型的喀斯特單元,即500米口徑球面射電天文望遠鏡。這個中國人對回溯原初宇宙的響應,後來成了人們熟知的「中國天眼」。

被稱為「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)

「天眼」發現脈衝星首獲確認

9月10日,從澳大利亞帕克斯望遠鏡上傳回令人振奮的消息,「天眼」於8月22日和8月25日在南天銀道面掃描到的兩顆脈衝星候選體得到確認,這是中國人利用自主研製的天文望遠鏡發現的第一批脈衝星。

從預研究到建成,歷時22年,中國科技工作者克服了關鍵技術無先例可循、關鍵材料急需攻關、核心技術遭遇封鎖等困難,把一台設計和結構均無先例可循的可變反射面射電望遠鏡從圖紙變為現實,在望遠鏡口徑、靈敏度、解析度、巡星速度等關鍵指標上全面超越國際先進水平。

「天眼」在設計之初並沒有明確的科學目標,但當這台世界最大的單口徑射電望遠鏡落成後,巡視宇宙中的中性氫、觀測脈衝星、主導國際低頻甚長基線干涉測量網、探測星際分子、搜索可能的星際通訊信號都成為它擅長的領域。

2017年8月,「天眼」成功實現了指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行。「天眼」工程副總工程師、中科院國家天文台射電天文研究部首席科學家李菂領銜的團隊,在短短一個月內就通過漂移掃描發現了數十個優質脈衝星候選體,但仍處於調試期的「天眼」不具備認證脈衝星的資格,直至「天眼」發現的兩顆脈衝星候選體在今年9月得到澳大利亞帕克斯望遠鏡的確認。

中科院國家天文台10月10日宣布,「中國天眼」發現2顆新脈衝星,距離地球分別約4100光年和1.6萬光年。

「天眼」可以「尋找外星人」?

看似調試期間的偶然發現,其實有著必然性。自2015年起,「天眼」團隊就與貴州師範大學合作,聯合搭建早期科學數據中心,開展在脈衝星觀測領域很少被運用的漂移掃描,並研發了創新脈衝星搜索資料庫。

澳大利亞科學及工業研究院帕克斯望遠鏡科學主管喬治·霍布斯說,已知的脈衝星約有一半是帕克斯望遠鏡發現的,但現在想利用帕克斯發現新脈衝星太難了。實際上,「天眼」發現的脈衝星候選體拿到其他射電望遠鏡上,有很大一部分是無法得到確認的,因為其他射電望遠鏡根本看不見。

脈衝星是宇宙中除了黑洞以外密度最高的天體,每個立方厘米的質量相當於地球上的一億噸。脈衝星的磁場達到萬億高斯,比地球磁場高萬億倍。有的脈衝星每秒旋轉能達到數千次,且發射極其穩定的脈衝,是宇宙中最精確的時鐘。

因為脈衝星的這些特性,它被科學家們譽為理想的天體物理實驗室,通過對其在地面實驗室無法實現的超高密度、超高磁場等極端物理性質的研究,有望不斷延伸人類的宏觀和微觀視野。

至今,人類發現了2700餘顆脈衝星,它們都位於銀河系內。但科學家們相信,受制於射電望遠鏡的靈敏度,這只是冰山一角。由於發現脈衝星越來越困難,脈衝星計時陣、脈衝星導航等相關應用研究也進入瓶頸期。

「天眼」的靈敏度是此前最強的美國阿雷西博望遠鏡的2倍。科學家們預計,它能使人類發現的脈衝星增加1至2倍。這意味著「天眼」可提供大量新的研究樣本,並有望發現更多暗弱、新型的脈衝星,以及發現更多守時精準的毫秒脈衝星,對脈衝星計時陣探測引力波做出貢獻。

「天眼」甚至還能「監聽」宇宙中可能存在的外星文明發出的無線電波。用霍布斯的話說,帕克斯望遠鏡目前有20%的時間分配給了「尋找外星人」,但仍一無所獲,中國「天眼」看得更遠,說不定將來會有令人振奮的消息。

2016年6月30日,FAST工程建設者在檢查反射面面板的安裝情況。

有望發現河外星系脈衝星

河外星系脈衝星是「天眼」有望取得突破的領域之一。目前,中國科學家已經開始掃描M31仙女星系。仙女星系距離地球254萬光年,是距離銀河系最近的大星系,在數十億年後可能會與銀河系相撞。

254萬光年,比「天眼」已發現的脈衝星還要遙遠上百倍。把望遠鏡瞄準這麼遙遠的距離是需要一點運氣的,但這更體現了中國科學家在宇宙探索中敢為人先的勇氣。一旦發現河外星系脈衝星,將大大推動星際間介質及暗物質暈結構的相關研究。

「天眼」還被寄予希望發現脈衝星與黑洞組成的雙星系統,以利用脈衝星研究黑洞周圍的時空。此外,宇宙中最普遍的元素是氫,通過「天眼」觀測宇宙中不同距離不同方向的中性氫1.4GHz譜線,能更好地解答「宇宙從哪裡來,將要到哪裡去」。

除了主要由恆星組成的星系,宇宙中還有很多氣體星系是光學望遠鏡看不見的。「天眼」把人類的中性氫探測能力提高了10倍,有望發現更多氣體星系,也有望發現新的星際分子。為此,中外科學家正聯合研製一台迄今最先進的19波束饋源接收機,以拓展「天眼」的觀測目標。

「天眼」未來將會很忙,因為國內外天文學乃至相關科學領軍人才都會聚集到這裡。在可以預期的10年到20年內,「天眼」不僅將保持世界一流望遠鏡的地位,也將成為人類天文發現的催化器和天文人才的集聚器。(齊健)


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