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30個足球場大的電波望遠鏡FAST:還沒發現外星人,但聽到激動人心的宇宙「心跳」

風傳媒 標誌 風傳媒 2017/10/14
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一個短促有力,一個緩慢微弱──像一位青年和一位老者的心跳聲,穿過萬千光年的時空,被地球上最靈敏的「耳朵」──位於中國西南省份貴州天坑中面積相當於30個足球場大的500米口徑球面電波望遠鏡(FAST)捕捉到。

這是世界最大單口徑電波望遠鏡2016年9月竣工以來,在調試期間發現並最先得到確認的兩顆脈衝星。中國科學院國家天文台的科學家根據觀測資料製作出了它的聲音效果,10日在此間公佈,世人得以聆聽到來自宇宙深處的「心跳」。

搜索脈衝星、中性氫、宇宙分子和外星文明信號,都是FAST的重要使命。「外星人的觀測是一個嚴肅的科學目標,但FAST還處在調試期,對外星人的搜索我們還沒有開展。」國家天文台電波天文研究部首席科學家、FAST副總工程師李菂說。

雖然還未開始外星人搜索,但FAST發現的脈衝星對人類來說同樣是個謎。實際上,脈衝星最初被發現時,就被誤以為是外星人尋找宇宙知音的信號。

「中國天眼」所在地所看到的星空(中國國家天文台) © 由 風傳媒 提供 「中國天眼」所在地所看到的星空(中國國家天文台)
「中國天眼」所在地所看到的星空(中國國家天文台)

怪異的脈衝星,一茶匙相當於一座3000米山峰

科學家解釋說,大質量恒星壽命終結時在超新星爆發中粉身碎骨,外層被炸飛,如果恒星遺留下的內核質量超過太陽的1.4倍,就會坍縮成主要由中子以及少量的電子和質子組成的中子星。以均勻的時間間隔輻射脈衝的中子星被稱為脈衝星。所謂「脈衝」,就是像人的脈搏一樣,一下一下出現短促的信號。

假設有一個天平,一端盛上一茶匙的中子星物質,另一端需要一座高達3000米的山峰才能平衡住這麼一丁點中子星物質。對於想造訪中子星的人來說,著陸將永無可能。中子星表面強大的重力瞬間就會把飛船以及裡面的一切都壓成一灘糊狀的亞原子粒子。

「脈衝星有很多怪異的現象和性質,我們還無法理解。」國家天文台研究員陳學雷說,「科學家已經發現一些轉得特別快的脈衝星,叫毫秒脈衝星,大約每幾毫秒轉一圈。它為什麼轉那麼快,還需要研究。」

「脈衝星就像天體物理實驗室,很多最極端的現象就發生在那裡。科學家可以將脈衝星作為工具研究萬有重力。如果將來發現脈衝星與黑洞組成的雙星系統,我們就可以利用脈衝星去研究黑洞周圍的時空。」陳學雷說。

中國科學院院士武向平說,中國隨著FAST的建成並加入國際重力波探測行列,將會把脈衝星計時重力波探測的靈敏度提高2至3倍,提高低頻重力波的探測幾率。他預測在這一領域未來幾年將會有重大突破。

「中國天眼」新發現的1號脈衝星示意圖(中國國家天文台) © 由 風傳媒 提供 「中國天眼」新發現的1號脈衝星示意圖(中國國家天文台)
「中國天眼」新發現的1號脈衝星示意圖(中國國家天文台)

中國首次躋身脈衝星發現者名單

FAST最先確認的兩顆脈衝星,一個發現於8月22日晚上,另一個在8月25日晚上。對於當時情景,李菂卻已記不太清楚。因為FAST實在太靈敏了,它雖然還處在調試和試觀測期,卻已發現數十個脈衝星候選體。到目前為止,其中六顆已經通過國際認證。

「實際上,幾乎每天晚上我們都能發現高質量的脈衝星候選體。」李菂說。

如今,奔向全面小康的中國有能力去探尋宇宙中神秘怪異的天體,努力解答人類的這些終極之問:宇宙怎麼誕生?為什麼會有星星?為什麼會有我們?我們在宇宙中是孤獨的嗎?

中國天文學家要想躋身世界天文前沿,就要有天文利器。中國有史以來最大天文工程、總投資近12億元的FAST從最初概念提出到建成經歷了20多年,凝聚了無數科學家的智慧與心血。如今,中國終於躋身脈衝星發現者名單。

李菂預計,FAST望遠鏡在2019年正式運行後,每年能發現上百顆脈衝星,並有望在與銀河系鄰近的仙女座M31中找到50至80顆脈衝星。目前,全世界的電波望遠鏡中,只有FAST有這樣的能力。

「中國天眼」FAST在滿天繁星下呈現出的美麗景觀(新華社) © 由 風傳媒 提供 「中國天眼」FAST在滿天繁星下呈現出的美麗景觀(新華社)
「中國天眼」FAST在滿天繁星下呈現出的美麗景觀(新華社)

FAST將開啟一個新的時代

曾在美國加州理工學院、美國宇航局從事科研的李菂為了FAST的建設,在2012年回國,一頭紮進貴州偏僻的窮山溝。

而今看到初步成果的他說:「科學探索的過程,就是一點一點追尋真理,就像破案、畫畫、打造傢俱一樣,遇到很多困難,慢慢看到進步,但是最後得到的東西足夠重要或者足夠美,這裡頭吃的苦頭越多,幸福感越強。」

2017年對於中國天文界意義非凡。6月15日以探測黑洞和脈衝星為主要目的的中國首顆硬X射線調製望遠鏡升空。這顆衛星的最初提出者正是李菂的父親──著名天體物理學家、中國科學院院士李惕碚。

李惕碚說,我們這一代人真正有希望推動中國的自然科學走向世界前沿。

李菂說,FAST承接過去,開啟未來:「系統地利用中國的望遠鏡發現脈衝星進行研究的時代剛剛開始,希望通過我們的努力把它變成人類重要的科學設備。」

他說,接下來科學家將在FAST上安裝多波束接收機,做多科學目標同時巡天,即在一次掃描中,同時獲取脈衝星、天體譜線、快速電波暴等資料進行分析。通過這一獨創的技術與方法,可以找到超過千顆脈衝星、十萬多個星系以及幾十個快速電波暴以及宇宙微波鐳射源。

「我們將依賴中國自主創新的設備,採用世界先進的觀測方法,系統地做出科學發現。」李菂說,「這將是一個新的時代。」

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