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天眼已發現84顆脈衝星!能力超想像,將尋找新太陽和外星文明


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更新日期:2019706
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火星科學家

中國天眼(FAST)是世界上最大單一口徑(填充)的射電望遠鏡,一個直徑半公里的巨大反射面,就像地球碩大的眼睛,一天24小時警惕地注視著浩瀚的太空,尋找宇宙的奧秘,生命的真諦。最近,中國天眼團隊宣佈,自兩年前開始收集資料以來,天眼已發現了84顆新的脈衝星,目前正在探測銀河系中的黑暗地區,並最終測算出未來銀河系裡可能誕生多少顆新的「太陽」,尋找宇宙中究竟可能存在多少智慧生命的終極答案。

發現脈衝星

脈衝星是會發射週期性訊號的中子星,大質量恆星到了生命末期,坍縮形成中子星後,體積急劇縮小,獲得的角動量讓其快速旋轉,其強大的磁場讓它從兩極發射出束狀的無線電波(射電波)。當這束射電波掃過地球時,就可以被射電望遠鏡接收,讓我們知道它的存在,並根據獲得的資料分析它的各種屬性,這種中子星就被稱為脈衝星。

天眼已發現84顆脈衝星!能力超想像,將尋找新太陽和外星文明

脈衝星於1967年10月由劍橋大學卡文迪許實驗室24歲的女研究生喬絲琳·貝爾·伯奈爾發現,她在檢測射電望遠鏡訊號時偶然發現了有規律的脈衝訊號,以為這是外星人發來的訊號,第一顆脈衝星因而被稱為「小綠人一號」。脈衝星被認為是20世紀60年代的四大發現,遺憾的是,伯奈爾的導師安東尼·休伊什因脈衝星的發現榮獲1974年諾貝爾物理學獎,伯奈爾卻被無情地忽視了,這讓科學家們對此頗有微詞。

天眼已發現84顆脈衝星!能力超想像,將尋找新太陽和外星文明

脈衝星就是射電波束週期性掃過地球,從而被我們發現的中子星,科學家們估計銀河系中可觀測的脈衝星大約有70000個,迄今僅發現了3%。中國天眼是目前世界上最靈敏,最大全口徑反射面的單口徑射電望遠鏡,將於今年9月正式驗收,截止目前已發現了84顆脈衝星,其強大的解析度將會在未來大展身手,找到宇宙中越來越多向我們發射訊號的燈塔——脈衝星,可用於構建未來宇宙飛船在太空中導航的「GPS」。

那麼,除了尋找脈衝星,中國天眼還有哪些驚人的科學能力呢?

尋找新太陽

中國天眼首席科學家李菂稱,未來天眼將致力於探測各種脈衝星,特別是那些極具「個性」的,比如毫秒脈衝星、雙星和伽馬射線脈衝星等,在引力波、系外行星、超高能宇宙射線和星際物質探測等方面為世界做出貢獻,提高人類對天文學、天體物理學和基礎物理學的認識。

最近李菂的團隊利用美國和歐洲三臺望遠鏡的資料,第一次在銀河系中發現了暗分子云,這一發現發表在《天體物理雜誌》上,並被《自然》雜誌作為研究亮點介紹。

氫是宇宙中最豐富的元素,主要以原子的形態存在,只有當它轉變成氫分子後,才會在引力坍縮下點燃核聚變。銀河系中的黑暗區域充滿富含原子和分子的氣體,以及宇宙塵埃,被稱為星際暗雲,在這裡原子氫不斷地轉化成分子氫,並最終形成新的恆星和行星,照亮宇宙亙古的黑暗,誕生潛在的新生命和新希望。

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天眼已發現84顆脈衝星!能力超想像,將尋找新太陽和外星文明

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原子氫轉變成分子氫的關鍵步驟發生在星際暗雲的外殼,中國研究團隊開發了一種被稱為中性氫窄線自吸收(HINSA)的新的觀測方法,直接測量分子云中的氫原子柱密度,獲得了分子氫形成速率,並最終得到了星際暗雲B227的化學年齡——大約600萬年,尚處於嬰兒時期。天眼團隊將利用中國天眼,深入研究宇宙中的星際暗雲,尋找分子云的形成和演化規律。

搜尋高智文明

目前科學家們還不知道在分子云中形成一顆恆星需要多長時間,經典模型認為需要1000萬年,而一些科學家則認為只需要100萬年,李菂團隊的發現更支援經典模型的研究。未來中國天眼高靈敏度的觀測,以及在天空覆蓋方面的優勢,將讓科學家們能更深入地研究銀河系及鄰近星系仙女座中的分子云,並最終確定恆星形成的速率——德雷克公式中至關重要的第一項,為尋找銀河系內可能存在的外星文明提供重要的依據。

德雷克公式透過恆星形成速率、恆星存在行星的可能性、宜居帶內行星數、行星發展出生命的可能性、高等智慧生命出現的可能性、高智生命能夠通訊的可能性以及高智生命的預期壽命等7個引數,來估測銀河系中可能與我們接觸的外星高智生命的數量。由於科學家們對這7個引數的估值分歧嚴重,銀河系中高智文明的數量也處於從悲觀的數個,到樂觀的數千萬個之間的巨大差異,如果能科學地測定其中任意一項,都將對高智文明存在的機率估算產生重要影響。

中國天眼在除錯期間的效能已經超出科學家們的想像,正式驗收後將開始雄心勃勃的觀測計劃,除了脈衝星和分子云的探測,還將加入國際合作,用於與生命起源相關的太空分子觀測,以及搜尋潛在的地外文明發來的訊號等。這些觀測專案將在未來幾年內進行,科學家們認為,中國天眼將對世界天文學和天體物理學領域產生深遠的影響,雖然我們還無法預測它會發現什麼,但它可能會深刻地改變我們對宇宙的認識。

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