天天科普 | 中國天眼能找到外星人嗎?它到底能「看」到什麼?

2020-12-19 澎湃新聞

11月4日

中國科學院國家天文臺

召開了新聞發布會，宣布截至目前

中國天眼（FAST）累計發現

脈衝星數量超過240顆

中國天眼（FAST）自今年1月驗收以來，設施運行穩定可靠，近一年已經觀測服務超過5200個機時，達到預期設計目標近2倍。

截至目前，FAST累計發現脈衝星數量超過240顆，基於FAST數據發表的高水平論文達到40餘篇。FAST在快速射電暴方面的研究成果5日凌晨發表在國際科學期刊《自然》雜誌上。

今天我們來研究一下：

中國天眼究竟是幹什麼的？

為何要尋找脈衝星？

中國天眼可以「看」到外星人嗎？

中國天眼

中國天眼（FAST）是具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，建成啟用之後就一直備受關注，是我國天文領域的重器。

光學望遠鏡小夥伴們都聽說過，那麼什麼是射電望遠鏡呢？其實就是無線電望遠鏡，它相當於一個巨大的接收系統。

以FAST為例，那口「大鍋」就是天線，它的作用主要是把宇宙中微弱的射電波段的電磁波接收下來並通過反射匯聚到焦點處（即位於大鍋中間的饋源艙）。饋源艙再把電磁波的信號收集起來變成電壓信號，然後將其放大，進行記錄、分析等處理。

圖源數字北京科學中心

中國天眼比原世界最大的射電望遠鏡觀測天區大1倍，最大跟蹤時長長1倍，綜合性能提高約10倍！是當之無愧的最大口徑、最高靈敏度的單天線射電望遠鏡。

中國天眼是「大科學設備」，大科學裝置是指須通過較多資金投入和浩瀚工程建設來完成，建成後通過長期的穩定運行和持續的科學技術活動，以實現重要科學技術目標的大型設施。

其科學技術目標必須面向國際科學技術前沿和國家重大需求，為國家科學技術進步、國防建設與社會經濟的發展做出戰略性、基礎性和前瞻性的貢獻。

FAST 太大了，近距離只能用魚眼攝像的方式拍攝

（王珅攝）

我國為什麼需要大科學裝置研究天文？這就要說一下天文學研究的重要意義。

天文學從誕生起一直是自然科學的核心學科和前沿學科之一，它的每一次重大突破都會在「不經意間」對整個基礎學科乃至人類文明的進程帶來巨大震撼和推動。

在發展天文學中累積的觀測成果、技術革新不僅在國家安全、國民經濟方面起到重要作用，而且切實的改變了每一個普通人的生活。

比如，對太陽黑子爆發活動的觀測預報關乎發電廠和電網設備的安全；空間碎片的監測預警關乎在軌衛星的安全，進而影響我們的通訊和出行導航。

試想一下，如果沒有長期細緻的觀測記錄，精準快速的計算模型，哪怕只是短暫發生的太陽風暴和極小的空間碎片，都會造成電網中斷、衛星失靈，給國民的生產生活帶來不可估量的損失。

而且在建設大科學裝置的過程中，也會產生許多改變生活的技術和設備。

比如生活中很難離開的Wi-Fi的部分核心技術，就是澳大利亞的Dr. John O』Sullivan 在驗證霍金輻射的研究過程中開發出來的新技術。

視頻來源人民視頻

為何要尋找脈衝星

很多小夥伴以為，中國天眼建造的目的是尋找「外星人」，中國天眼工程總工藝師王啟明糾正了人們的這種認識，他指出：

中國天眼的科學目標中，確實也包括尋找地外文明，但這並不是排在首位的目標，排在最前列的目標是尋找脈衝星。

所謂脈衝星就是快速自轉的中子星，因其不斷地發出電磁脈衝信號而得名。看到這裡，有人會問了，發現了脈衝星有什麼作用呢？

脈衝星的結構

其實，脈衝星的理論和觀測研究對推動天文、天體物理、核物理、粒子物理、等離子體物理、廣義相對論和引力波等領域的發展都有著非常重要的意義。

脈衝星是個頭不大、高速旋轉的星體，旋轉時會同時發射出高能射線，而這些輻射束周期性快速地掃過地球時，地球上會看到一個個周期脈衝。

通過探測到的脈衝，科學家們可以利用它的周期頻率作為參照，尋找它的低頻引力波，可以利用脈衝星的射線來了解我們星系的結構，並且科學家們還可以利用它來驗證愛因斯坦的廣義相對論。

FAST發現的脈衝星藝術效果圖

圖片來源：國家天文臺

當然，FAST射電望遠鏡除了可以用於研究脈衝星，它還可以用來研究中性氫、黑洞吞噬小天體、星體演化，搜尋外星文明也是FAST射電望遠鏡的任務之一。

中國天眼可以找到外星人嗎

事實上，中國天眼針對外星人的搜尋行動，早就開始了。2018年，中國天眼安裝並調試了專門用於地外文明搜索的後端設備。

這個後端設備的主要功能就是從中國天眼浩如煙海的電磁信號中，篩選出有用的窄帶候選信號，而把天體和人工信號排除掉。

國際宇航大會(IAC)搜索地外文明計劃常設委員會(IAA SETI)會員、中國地外文明搜尋(SETI)科學家、北京師範大學天文系宇宙學與地外文明研究團組張同傑教授表示：

中國天眼的後端設備非常有效，高解析度，對宇宙噪音的處理能力非常出色，這將讓中國天眼在外星人搜尋上如虎添翼。