每日科普|“中國天眼”到底看到了什么？

科技工作者之家

2023-03-21

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隨著《三體》熱播，一些神級劇情和大場面為不少擁躉津津樂道，細(xì)心的科幻迷一定不會忽略這個細(xì)節(jié)：射電天線大鍋鏡頭。

在山頂，在晚霞下，一口大鍋“素面”朝天，像一個美女尋找戀人的臉，又像一扇開向無盡宇宙的懸窗，探索外星文明……

電視劇《三體》中出現(xiàn)的紅岸基地巨大的射電天線（來源：電視劇《三體》）

然而，在劇外也確實存在這樣一個實實在在的大科學(xué)裝置。500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST——全球最大口徑、最大靈敏度的“中國天眼”，就坐落在我國貴州省。

到底有多大呢？有網(wǎng)友形象地說：這口“地鍋”裝滿水，夠全世界每個人分4瓶，煮的飯夠全世界的人一起吃3天。

近日，“中國天眼”FAST總工程師姜鵬介紹，截至目前，FAST發(fā)現(xiàn)的脈沖星總數(shù)已超740顆。

脈沖星到底是啥？發(fā)現(xiàn)脈沖星代表什么？未來會發(fā)現(xiàn)外星文明嗎？今天就一起來說說。

天眼有哪些“之最”？

先來認(rèn)識一下“中國天眼”。它建在貴州平塘，自1994年提出構(gòu)想，歷時22年于2016年9月25日落成啟用，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)。

來源：視覺中國

1.規(guī)格之最：

最大單口徑。天眼是世界已經(jīng)建成的最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，它是一座500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡。信號接收面積相當(dāng)于30個足球場，繞著它跑一圈也得將近十分鐘。中國天眼開創(chuàng)了建造巨型望遠(yuǎn)鏡的新模式。

最大靈敏度。天眼的靈敏度達(dá)到當(dāng)時世界第二大望遠(yuǎn)鏡阿雷西博的2.5倍以上，這將大幅拓展人類的宇宙視野，無論在深度和廣度上都達(dá)到前所未有的水平。

2.建造之最：

選址在貴州喀斯特天然地貌，借助天然圓形溶巖坑建造，節(jié)省了大量人工開挖的工作量。

設(shè)計的主動反射面可以利用2400個節(jié)點下方的下拉索和促動器裝置，進(jìn)行有效變形，F(xiàn)AST的反射面總面積約25萬平方米，用于匯聚無線電波、供電臺接收。

設(shè)計輕型饋源支持系統(tǒng)，極大節(jié)省了人力物力，它使用六個塔來懸掛和調(diào)整饋源艙。饋源艙就像天眼的“瞳孔”，進(jìn)行信號聚焦，可以看得更加清楚。

脈沖星、毫秒星到底是什么？

快7年過去了，作為國之重器，觀天巨眼沒有辜負(fù)眾人的期望，取得的一系列重要成果。

目前來說，FAST發(fā)現(xiàn)數(shù)量最多的應(yīng)該是脈沖星。

2018年，尚在調(diào)試期的FAST首次發(fā)現(xiàn)了一顆毫秒脈沖星，并得到國際認(rèn)證，這也是FAST繼發(fā)現(xiàn)脈沖星之后的又一重大成果。

來源：視覺中國

脈沖星是1967年英國劍橋大學(xué)的一位博士研究生意外發(fā)現(xiàn)的，主要特征之一是它能發(fā)射周期性的脈沖，周期在1.4毫秒到23秒范圍。脈沖星是中子星，具有的超高密度相當(dāng)于壓縮到一個城市尺寸的太陽。脈沖星的發(fā)現(xiàn)成為人類認(rèn)識宇宙進(jìn)程中的重要里程碑，是研究宇宙極端環(huán)境的理想研究對象。毫秒脈沖星是自轉(zhuǎn)周期在1~10毫秒范圍內(nèi)的短周期脈沖星，每秒鐘能旋轉(zhuǎn)上百次。

脈沖星、毫秒脈沖星的發(fā)現(xiàn)是上世紀(jì)天文學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)，也是引力波預(yù)言的驗證。脈沖星的發(fā)現(xiàn)，被譽(yù)為20世紀(jì)60年代天文四大發(fā)現(xiàn)之一，還曾斬獲過兩項諾貝爾物理學(xué)獎。

天眼能搜尋到地外文明嗎？

天眼有什么能力呢？人類用天眼能看到什么，做什么呢？——讓全人類看得更遠(yuǎn)！

筆者認(rèn)為，天眼就好像地球向宇宙開的一扇窗戶。這扇窗相比地球的尺寸來說比不上任何一間房子上的窗戶占比，但本領(lǐng)可不小，天文學(xué)家透過它可以看往遙遠(yuǎn)的宇宙深處，接收外星球強(qiáng)烈或微弱的信號，既可以繪制銀河系結(jié)構(gòu)，又能傾聽脈沖星的“聲音”，還能接收外星文明信號（如果有的話），用于探索宇宙起源和演化。

FAST科學(xué)目標(biāo)

巡視宇宙中的中性氫，研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化；

觀測脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；

主導(dǎo)國際甚長基線干涉測量網(wǎng)，獲得天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)；

探測星際分子，探索天體演化以及太空生命起源；

搜索可能的星際通訊信號，搜尋外星文明。

在科學(xué)家看來，相比短期的發(fā)現(xiàn)，他們更期待對宇宙更本質(zhì)的理解和更長遠(yuǎn)的突破。

國家天文臺研究員、中科院院士武向平表示，隨著FAST的建成，中國將加入國際引力波探測行列，并會把脈沖星計時引力波探測的靈敏度提高2至3倍，提高低頻引力波的探測幾率。他預(yù)測該領(lǐng)域未來幾年將有重大突破。

通過天眼，中國人已取得亮眼的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，研究成果發(fā)表在《自然》等雜志上。

已故的“中國天眼之父”南仁東先生對FAST有一個展望和總結(jié)，他說中國天眼“是中國天文從追趕到超越的一次嘗試，我們現(xiàn)在只是在嘗試的起步階段。”現(xiàn)在天眼已正式運(yùn)行，得見現(xiàn)在中國科學(xué)家和許多年輕人在與國際同行同臺競技，南先生應(yīng)該會感到欣慰吧。

（本文專家：劉艷，中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心）

責(zé)任編輯：胡惠雯

來源: 學(xué)習(xí)強(qiáng)國