世界第一射電望遠鏡的中國天眼!已發現240多顆脈衝星!

2020-12-06 弄潮科學

發現脈衝星有什麼作用?

脈衝星是一種中子星,是僅次於黑洞的恐怖天體。與黑洞一樣,中子星也是由生命末期的恆星演變而來,當然形成中子星的恆星要小得多,因為它的質量不夠坍縮為一顆黑洞,只能留下一顆直徑10km左右的中子內核。

雖然中子星是失敗的黑洞,但它的能量仍然不可小覷。脈衝星的磁場非常強,可有1萬億~20萬億高斯,而地球只有0.5~0.6高斯。這麼強大的磁場就會向外輻射強電磁波,而脈衝星是從兩磁極釋放短而穩定周期性的電磁波。就像人跳動的脈搏一樣,有頻率的出現。

這種脈動的電磁波還有個專業的名稱——「燈塔效應」,因為它就像海岸上轉動的燈塔一樣發出一閃一閃的亮光,似乎在指引太空人前行的方向。而脈衝星的亮光就是電磁波,頻率在1.4毫秒~23秒,由於每釋放一次電磁波,就會減緩自轉速度,天文學家由此推測越慢的脈衝星越老。如果它釋放的電磁波掃射到地球被接收到了,就被稱為脈衝星,如果沒有接收到只能稱為中子星。

發現第一顆脈衝星是1967年10月,由劍橋大學卡文迪許實驗室的研究生喬絲林·貝爾,她剛發現規律的脈衝電波以為找到了外星人。後來陸續發現了一樣的電磁信號,經過研究才知道是一種高密度的新天體,於是統稱為「脈衝星。而第一顆就起了個「小綠人」的雅號,編號是PSR1919+21。

由於脈衝星頻率穩定,就像宇宙中的燈塔一樣指引科學家探索太空之路,還有助於引力波的研究, 提高我國天文科技影響力,另外根據色散量可建立銀河系電子密度的模型等,所以尋找脈衝星具有重要的天文意義。

迄今為止,中國天眼FAST可謂勞苦功高,已探測到了240多顆宇宙深處的脈衝星,最遠有幾千光年。從2016年9月投入使用到現在僅4年時間,幾乎每年就會發現60顆。而發現脈衝星最多的澳大利亞Parkes望遠鏡從1961年~2020年已發現2000顆,平均每年發現34顆。以這速度,中國天眼只需30年左右就能趕超Parkes望遠鏡,據FAST研究員表示「力爭未來5年發現1000顆脈衝星」。

而FAST研究員李柯伽表示:「FAST已經邁入快速射電暴觀測的第一梯隊。」

我看李柯伽還是謙虛,天眼FAST的天文觀測能力最低領先世界20年,已經是世界第一射電望遠鏡!

位列世界第一的射電望遠鏡——中國天眼FAST

天眼FAST總投資6.67億元,是具有自主智慧財產權的國有天文觀測設備,是一臺直徑500米的球面射電望遠鏡,美國最大的射電望遠鏡阿雷西博只305米,德國的波恩是100米。FAST的靈敏度也分別是後兩者的2.5倍和10倍,能接收到月球上的通話,接收到137億光年外的電磁波信號,預計領先世界20年。

一、設備精良

天眼FAST由6670條主鋼索、2225個主節點及同樣數量的下拉索,構成了一架龐大恢宏的500米直徑的索網結構,然後拼裝上4450塊反射面單元,每塊單元由100塊1.1米直徑的子單元拼成。在沒有任何國內外經驗或資料可參考的條件下,完成了大跨度的設計方案、超高精度的架構、超耐疲勞的鋼索等技術難點,具有利用控制下拉索實現在上方形成300米拋物面的精準觀測能力,這是個技術是世界上獨一無二的。此外具備饋源支撐、測量與控制、饋源與接收機及觀測基地四大系統。

在反覆失敗與實驗的研製過程中,天眼拿下了12項自主創新專利和7項發明專利。

二、探索成果

天眼的探索成果每次都能給我們驚喜。

就在11月4日,中科院與國家天文臺就發布:天眼FAST自今年1月驗收以來,設施穩定可靠,近一年觀測超5200個機時,是預定目標近2倍。目前天眼FAST累積發現脈衝星超240顆,關於發現的快速射電暴成果,在國際科學期刊《雜誌》上發表了40多篇高水平論文。

《自然》是世界頂級學術期刊,在《自然》雜誌上發表的論文都是高水準、有重大研究價值的科研成果,有大批諾獎得主就因這個期刊上發表過學術論文而獲獎,這是展現科研實力、評選諾獎與院士的重要依據。可以說,因天眼發現的快速射電暴和脈衝星等成果很可能會獲諾貝爾獎!

三、未來計劃

天眼FAST目前已是國際頂尖天文觀測射電望遠鏡,為了未來更深入探索太空,天眼還將進行升級。以天眼的靈敏度,它的任務也會比別的望遠鏡更重大也更多!

最讓我感到興奮的是,天眼將搜尋宇宙深處的外星文明,因為它連月球上的對話都能聽得清清楚楚,如果太空中有外星人在竊竊私語,天眼應該是最先發現的。

當然不止尋找外星人,天眼計劃在一年內能發現幾千顆脈衝星,然後建設脈衝星計時陣,加入脈衝星自主導航以及引力波觀測。就像地球的導航一樣,那時候我們在太空不再迷路。

除此之外,天眼FAST還將信息接收能力提高1000倍,將通訊擴展到太陽系外部的行星上,將探索中性氫擴張到宇宙邊界,重現宇宙大爆炸之初的景象。

總結,脈衝星是宇宙中特殊的中子星,它的電磁波束會快速又周期性的掠過地球,除了能為人類的太空探索之路提供免費的「燈塔」,還有助於科學家看清恆星末期的具體情況。當然這樣的電磁波並不排除高級外星文明,而天眼就是搜尋外星人、揭示宇宙真相之眼!

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