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“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

2019-05-10来源:宁夏汽车网

放在几年前,贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼绝对是一个不为人知且相当拗口的地名。而今,一个天文装置的出现不仅给这个偏居大山深处的地方带来巨大的改变,也将为射电天文学的发展带来全新的机遇。

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

从古至今,人类都对浩渺的星辰与神秘的宇宙怀有强烈的好奇心。古人用肉眼观察了许多年,光学望远镜的诞生让早期的天文学家得以在可见光范围内观测宇宙,而对于可见光之外的多种辐射,则需要借助各种特殊的望远镜。射电望远镜就为人们打开了观测辐射无线电波天体的一个窗口。

射电天文望远镜这个“天眼”,把人类的视线引向了宇宙遥远的深处,那里隐藏着更多有关宇宙起源和演化的关键线索,黑洞、类星体、暗物质和暗能量等成了破解宇宙之谜的重大课题。全世界的天文学家都非常渴望拥有威力更加强大的射电望远镜。谁拥有了这种望远镜,谁就更有可能站立在现代物理学和天文学的潮头地带,成为破解宇宙之谜的领军力量,这就是中国科学家为什么要建造一架世界顶级射电巨镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的原因之所在。

FAST这座世界最大最灵敏的单口径射电望远镜于2016年9月25日落成启用,标志着这只“观天巨眼”终于睁开了。其实,选址工作早在1994年就开始了,最终在贵州南部喀斯特峰丛洼地地貌中,选中了大窝凼这个天然洼地,它的形状最接近FAST的造型——一口大“锅”。天线接收面积相当于30个足球场大小;如果这个“锅”中盛上饭,那么全世界每个人都可以分上两碗。如此巨大的装置,安放得却如此巧妙。

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星


“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

在克度镇,这个因FAST而催生的天文小镇,你看不到FAST,却能时时刻刻感受它的存在。直到你沿着绵延的山路,穿过葱郁的峰丛,来到一处山脚下,再爬上789级台阶,如同天外来客一般,FAST跃入了你的眼帘。那种感觉,仿佛穿越了时空;那种静谧,仿佛能听到天外之音。

你能真真切切地听到天外之音——那是根据科学家捕捉到的脉冲星信号振幅转换为声音后制作的一段音乐,虽然只有短短30秒,但那是来自茫茫宇宙深处的“天籁之音”。据FAST首席科学家李菂介绍,FAST运行近两年来,已发现44颗新脉冲星。随着接收装置的不断调试,FAST的巡天成像效率也将不断提升,有望在明年通过验收并正式向全世界开放。

“天眼”发现脉冲星。来听听茫茫宇宙的“天籁之音”

自从1967年英国人乔斯琳·贝尔发现第一颗脉冲星以来,人类已经至少发现了2700颗脉冲星。研究表明,脉冲星是一类高速自转的中子星。这种星由挤压在一起的中子组成,因此密度高得惊人,直径几十千米的中子星质量却比太阳还大。中子星是大质量恒星坍缩形成的,它们在体积缩小时会高速旋转,其能量辐射不时会在旋转中扫过地球,于是地球上的射电望远镜就能接收到脉冲信号了。脉冲星的自转周期极其稳定,稳定度比目前的氢原子钟还要高1万倍以上,被誉为自然界中最稳定的天文时钟。精准的时钟信号是为航天器导航的必要前提,因而脉冲星也被称作人类星际航行的“灯塔”。

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星,未来必将在探索脉冲星方面大显身手。迄今发现的脉冲星都存在于银河系之内,银河系之外的其他星系是否也有脉冲星?它们又有什么特别之处呢?FAST有能力在河外星系中寻找脉冲星,为我们解开这个谜团。凭借FAST强大的寻星能力,能为我们建立一个脉冲星计时阵,为脉冲星自主导航和引力波探测打下坚实的基础。

FAST的建设和投入使用将把中国射电天文学推向世界最前沿,开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的新阶段。“工欲善其事,必先利其器。”这一突出成就昭示我们,在当今全球科技竞争空前激烈的新背景下,重大的科学突破离不开科研装置的进步。近年来,中国在天文学领域持续发力,陆续建成了一批世界领先的高性能天文望远镜。

2009年6月,世界上口径最大、视场最大的光学望远镜——郭守敬天文望远镜(LAMOST)建成并通过国家验收,这座位于河北兴隆的大科学装置,一举打破了世界大视场望远镜不能同时拥有大口径的瓶颈,在观测效率上取得飞跃,使我国在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究中处于国际领先地位。

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

郭守敬天文望远镜

最近,中国科学院国家天文台发布消息说,经过9年的沉淀,LAMOST观测到901万条光谱,包括777万条高质量的光谱,并确定了534万组恒重力光谱参数。这是世界其他巡天项目发布的光谱总数的1.8倍。LAMOST还重绘了银河系,将半径从2017年的6.5万光年扩展到现在的10万光年,为银河系设定了更精确的尺寸。LAMOST研究小组最新发现的是一颗奇异天体,它是宇宙中已知的锂含量最高的一颗恒星,大约是同类天体的3000倍。

2012年10月,亚洲最大的全方位可动射电望远镜在上海天文台正式落成。它能够观测100多亿光年以外的天体,为我国探月工程及各项深空探测提供支持。

2017年6月,中国发射了“慧眼”硬X射线调制望远镜。它不仅是中国第一颗空间天文卫星,也是世界上已知计划中具备最高灵敏度和最强空间分辨本领的空间硬X射线望远镜。它将实现空间硬X射线高分辨巡天,发现大批高能天体和天体高能辐射新现象,并对黑洞、中子星等重要天体进行高灵敏度定向观测。

“天眼”一睁眼,就发现了一批脉冲星

“慧眼”硬 X 射线调制望远镜效果图

目前,新疆奇台正在建设世界最大的110米口径全向可动射电望远镜(QTT),计划于2023年投入使用。QTT不仅口径大,灵敏度也将有大幅提升,因而对脉冲星的搜索能力大为增强,能够利用脉冲星计时阵探测引力波,并能推进对天体的形成、生命的起源、地外生命的搜寻等国际最前沿领域的研究进程。

这些望向宇宙深处的中国“天眼”将引领我们去探索奇异天体,搜寻地外文明,破解宇宙起源和演化之谜,它们不仅是推动天文学向前发展的重要动力,更将把人类对自然世界的认知能力带向新的高度。


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