5分鐘看明白:投資6個億的天眼到底幹了什麼?

2021-01-08 星辰大海路上的種花家

坐落在貴州平塘縣克度鎮大窩凼窪地500米口徑的FAST射電望遠鏡,建成已經四年多了,期間有聽說發現了多顆脈衝星新聞,也有數據中心落地的新聞,除了這些以外,似乎好久沒聽到FAST的新聞了,它現在正在幹嘛呢?

不管你信不信,FAST現在有一項很重要的任務是尋找外星人,有超出你預料嗎?

FAST天眼望遠鏡到底是幹嘛的?

汪詰老師的科幻廣播劇《悟空之戰》中展現了一個大家不認識的FAST天眼望遠鏡,不妨在正篇之前來聊聊這《悟空之戰》中的FAST是幹嘛的!

話說一個即將超新星爆發恆星附近的文明,向宇宙的各個方向發射了大量探測器,希望能找到宜居行星殖民,其中一個探測器就因為FAST發射的強大電磁波追蹤至此,然後由於距離太過遙遠,無法向母星發射足夠強度的信號,希望能獲得FAST望遠鏡超大的口徑向母星發射!

結果人類識破了這個詭計,不惜毀掉FAST的代價阻止它發射信號,當然在最後一刻,核彈成功引爆,摧毀了FAST,但很顯然,劇本並不是完美的擊敗了探測器,而是在引爆前的瞬間,猝發模式已經利用FAST將信號發射完畢,而且探測器也跑了!所以這篇包含METI以及SETI還有射電望遠鏡的各項功能科普揉為一體的科幻廣播劇留了個大坑,有興趣又有錢的朋友可以投資拍攝下啊,場面應該不錯的。

科幻小說中的FAST強大的METI功能,現實中有嗎?

我們經常聽到SETI和METI,其中SETI的意思是搜尋外星人信號,但只搜尋不發送,也就是類似收音機的功能,我只聽聽不打招呼;而METI的意思是主動向智慧文明發射信號,後者的關鍵是發射信號,歷史上第一次METI行為是阿雷西博射電望遠鏡在1974年11月16日向2.5萬光年外球狀星團M13發射了一個1,679個二進位數字構成的信息!

阿雷西博望遠鏡和阿雷西博信息

阿雷西博有超級強大的主動信號發射功率,總共有4架雷達發射機,在2380MHz具有20TW(連續)的有效各項異性輻射功率,430MHz是2.5TW(脈衝功率),47MHz是300MW,8MHz是6MW。阿雷西博利用它探測了太陽系內的水星和金星距離,還有地形和水星南北極的水異常信號,後被信使號證實!

阿雷西博射電望遠鏡觀測到的水星北極區域疑似水的區域

但FAST不具備主動發射的功能,所以《悟空之戰》中的場景不會出現,因為它根本就被裝備過發射機,僅有的也只是N波束接收機而已!

那麼FAST到底有哪些功能呢?

FAST就是一座超級大口徑的射電望遠鏡,你要說它是宇宙的收音機也未嘗不可!它卻是只接收那些亂七八糟的信號,然後看看這些信號中隱藏了哪些有用的信息!那麼能從這些信號中分辨出哪些有用的信息呢?主要有5大項:

觀測宇宙中的中性氫

各位知道銀河系的旋臂是怎麼發現的嗎?估計對於這個問題有些懵逼,因為我們就在盤面上,所以根本就無法通過直接拍照看到銀河系的旋臂,這是1950年代用射電望遠鏡觀測氫原子光譜的都卜勒頻移發現銀河系存在旋臂的,只是精度比較差,但好歹我們知道銀河系是像風扇一樣存在轉葉的。

宇宙大爆炸的誕生的驗證也和射電望遠鏡有關,當年勒梅特提出了原生原子的宇宙大爆炸原始理論,哈勃觀測了宇宙正在膨脹,伽莫夫算出原初物質誕生時的氫氦元素比例,他的同事計算出了大爆炸的餘暉!那麼怎麼樣來驗證呢?

同樣是射電望遠鏡觀測星雲中發出的射電波段取得元素分布比例和計算幾乎就一致,而且1964年射電望遠鏡還驗證了宇宙微波背景輻射(大爆炸餘暉)

所以這射電望遠鏡實在是很好用啊,這中性氫的觀測對於宇宙大尺度結構和暗能量以及暗物質的分布都有非常重大的意義,它的觀測效率是ALFA的8倍(Arecibo L-band Feed Array)!

觀測脈衝星

這是宇宙中的極端天體,大質量恆星在末期超新星爆發後形成的,當其自轉軸和磁軸不一樣時就會發出燈塔一樣的電磁波,當掃過地球被接收到時就成了射電信號!

2017年8月17日首次探測到源自於雙中子星合併的引力波事件GW170817,據信這次雙中子星的合併中至少誕生了數個地球大小的黃金,此前儘管有計算認為重元素會在中子星合併中誕生,但這次在ESO 甚大望遠鏡(VLT)的X-shooter 光譜中中觀測到了鍶的存在,從而坐實了這個理論!

FAST的強大口徑使得它在脈衝星巡視上得天獨厚,它使用多波束饋源、1小時積分時間, 將能用一年巡視時間發現數千顆新的脈衝星,這個效率比全球射電望遠鏡發現的所有脈衝星還要多。當然這是理論上哈,實際還得數據處理能跟得上!

另外對於中子星-黑洞雙星這種理論上存在,但還沒有找到的天體,FAST也有相當大的機會,甚至還有機會驗證理論上存在的自旋周期小於0.5毫秒的奇異星或者夸克星。如果這個得到驗證,那麼諾貝爾獎應該不在話下了。

甚長基線測量技術

可能大家對甚長基線測量技術都一頭霧水,但如果說起拍攝2019年4月10日發布的M87*黑洞的EHT(事件視界望遠鏡),那必須是聽說過的吧,這個聯合了西半球的射電望遠鏡對黑洞成像的技術基礎就是甚長基線測量技術,它是對天體精細成像的關鍵技術,特別是那些不適合在可見光波段觀測的星繫結構,它對星系起源非常關鍵的作用。

當然另一個副產品就是對深空天體精確定位,比如飛向月球就需要這種定位方式,當然火星探測和木星探測以及更遙遠的深空測控,甚長基線定位技術是必須的,知道自己在哪裡,然後看看軌跡是不是還在準確的軌道上,然後再決定是不是要修正下軌道等等。FAST口徑大,效率和精度自然水漲船高,是不是意義重大?

觀測星際分子

其實這和中性氫原理是類似的,波長不一樣而已,恆星就形成於分子雲中,當然行星也是,所有構成生命的物質都來自於星雲,因此觀測星雲中各種分子的波段,比如FAST觀測波段就包括羥基OH、甲醇CH3OH等12種分子譜線,甚至還能觀測長鏈碳分子,或者對超強紅外星系、高紅移星系、活動星系和類星體進行OH、CH3OH分子超脈澤的廣泛搜尋!

最後當然搜尋外星智慧文明信號了

2020年4月28日,FAST正式加入「SETI」外星人搜尋計劃,尋找來自宇宙深處的可疑智慧文明的電磁波信號,利用它的19波束接收機,一次可以觀測多個目標,近期的目標就是對準M31(仙女星系)達到卡爾達肖夫等級中的恆星級文明進行搜尋!

M31仙女星系

儘管我們知道這種成功的概率是極低的,畢竟還需要傻乎乎的外星人向整個宇宙發出信號,畢竟要是朝著某個方向的話,對著我們的概率那就更低了!不過總歸是個希望吧,咱也不指望天眼一開,外星人就找到了哈!

FAST現在到底在幹啥?

所以到現在FAST的主要工作還是脈衝星觀測,不過也執行其它計劃性的工作,比如:

1、2019年1月24日, FAST與天馬望遠鏡(Tianma65m)首次成功實現聯合觀測,獲得甚長基線幹涉測量(VLBI)幹涉條紋。2、 2019年4月18日,FAST首次發現的毫秒脈衝星得到國際認證!FAST於2月27日首次發現這顆毫秒脈衝星,並通過與費米伽馬射線衛星大視場望遠鏡(Fermi-LAT)的聯合觀測確認了這次發現。3、2020年4月29,FAST望遠鏡首次發現新快速射電暴,色散達到1812 pc cm。FRB色散越高越有可能是來自於宇宙深處。該發現展示了FAST望遠鏡在通過盲搜發現遙遠FRB方面的獨特優勢,並對一些FRB理論模型的可行性給予限制。

以上幾個是FAST最近幹的活,咱也看不太明白,但它至少沒在偷懶哈!

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    而「中國天眼」投資6個億其實不是精確一點的數據,根據公開數據顯示,工程投資約6.67億人民幣,算是6個多億,所以實際性的數據稍微還高一點,而在2020年1月11日,我國也宣布了投入正式運行,下面我們就來看看它的一些情況。
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  • 投資6個億建造的全球第一望遠鏡「中國天眼」,現在如何了?
    中國天眼,旅遊景點。實際上,中國天眼遠遠不是一個旅遊景點那麼簡單,也沒有你想像中的那麼簡單。中國天眼是目前世界上性能最強的射電望遠鏡,擁有500米口徑球面,總面積有30個標準足球場那麼大,已經將它的前輩阿雷西博射電望遠鏡遠遠地甩在後面了。
  • 投資6億多建造的第一望遠鏡「中國天眼」,究竟發現過什麼?
    中國天眼,耗時22年,總共耗資人民幣6.67億。我國天文學家南仁東於1994年提出設想,以我國為主導,10個不同國家參與,2016年9月份完工,而天眼之父卻在落成一年後(2017年9月)與世長辭。舉個例子:沒有強大的望遠鏡,黑洞永遠只能停留在理論之中,愛因斯坦的廣義相對論只能是假說。
  • 投資6個億建造的全球第一望遠鏡「中國天眼」現在如何了?
    這篇文章,科學驛站就來給大家聊聊「中國天眼」——當年投資6個億建造的全球第一望遠鏡。所以FAST望遠鏡的饋源艙外觀非常簡潔,沒有複雜的懸架結構,只要用6根柔性索吊著就可以。下圖是FAST望遠鏡的饋源艙。
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