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        中國“天眼”,探索宇宙的國之利器

        2021-09-01 09:27:28雪花
        閱讀(科學(xué)探秘) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:脈沖星天眼射電

        雪花

        2018年4月28日,中國“天眼”(FAST,學(xué)名是500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡)首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并得到國際認(rèn)證。截至2018年9月12日,中國“天眼”已發(fā)現(xiàn)59顆優(yōu)質(zhì)的脈沖星候選體,其中有44顆已被確認(rèn)為新發(fā)現(xiàn)的脈沖星。2021年5月,國家天文臺研究團(tuán)隊利用中國“天眼”在觀測中取得的重要進(jìn)展,正式發(fā)布了201顆新脈沖星的發(fā)現(xiàn)。

        望遠(yuǎn)鏡,是一種光學(xué)儀器,通過它可以把遠(yuǎn)處的東西看得很清楚??墒?,在“望遠(yuǎn)鏡”前面加上“射電”二字,那又是一種什么儀器呢?原來“射電”這個字眼是從英語Radio翻譯過來的,原意是“無線電”。

        顧名思義,“射電望遠(yuǎn)鏡”就是一種利用無線電波來“觀看”遠(yuǎn)方物體的科學(xué)儀器。我們在“觀看”二字上面打了引號,這是因?yàn)槿说娜庋劭床灰姛o線電波。射電望遠(yuǎn)鏡是通過天線、接收機(jī)以及一系列儀表,把遠(yuǎn)處物體發(fā)射的無線電波接收進(jìn)來,經(jīng)過放大,然后轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗冄劬梢钥匆姷男盘?,例如熒光屏上的亮光、記錄儀上的曲線,或者電子計算機(jī)打印出來的數(shù)字和圖表等,然后再進(jìn)行觀看的。這是一種間接的“觀看”,顯然,它和可以直接觀看的普通光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是大不相同的。

        自然界中,許多物體都會發(fā)射無線電波,小至塵埃、電子,大至太陽、銀河。發(fā)射的無線電波有長有短,有強(qiáng)有弱,形形色色,花樣繁多,從古至今,連綿不斷。但是,在以前科學(xué)不發(fā)達(dá)的時代,人們“觀看”不到它們。直到一個世紀(jì)前,無線電技術(shù)發(fā)展到了相當(dāng)水平,人類才第一次“觀察”到來自銀河的無線電波。

        一開始,人們認(rèn)為這是一種人為的干擾,經(jīng)過仔細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)收到的“干擾”信號正是來自銀河系的,人們這才意識到,這是人類第一次觀察到來自銀河系的無線電波。

        隨著無線電技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家相繼發(fā)明了專門用來觀察天體發(fā)射無線電波的儀器,也就是“射電望遠(yuǎn)鏡”,用它來研究銀河系和太陽發(fā)射的無線電波,獲得了豐富的科學(xué)資料。從此,天文學(xué)領(lǐng)域中一門嶄新的科學(xué)——射電天文學(xué),也就隨之誕生了。天體發(fā)射的無線電波是如此豐富多彩,使人們大大開闊了眼界。原來僅僅作為“無線電”理解的那個字眼——Radio,自然而然地被賦予了更深一層的含義,即“天體發(fā)射的無線電波”,簡稱“射電”。我國現(xiàn)在統(tǒng)一的翻譯名稱采用“射電望遠(yuǎn)鏡”,就已經(jīng)包含了這一層含義,比起以前采用的譯名“無線電望遠(yuǎn)鏡”要更加確切一些。

        1958年,我國科學(xué)工作者制造出了第一批射電望遠(yuǎn)鏡。其中一架直徑2.5米的射電望遠(yuǎn)鏡,是當(dāng)時正在南京大學(xué)讀書的幾名青年學(xué)生制作的,接收到了太陽的射電信號。與此同時,我國有幾個研究單位和學(xué)校也先后制成了射電望遠(yuǎn)鏡,并分別安裝在幾個天文臺使用,還參加了1968年新疆的日全食觀測,積累了一批寶貴的太陽射電觀測資料。

        最初的射電望遠(yuǎn)鏡,天線規(guī)模不大,接收機(jī)靈敏度也不太高,只能觀測像太陽、銀河這類射電信號比較強(qiáng)的天體。后來,射電望遠(yuǎn)鏡的規(guī)模越做越大,接收機(jī)的靈敏度也越來越高,接收射電信號的波長也從米波擴(kuò)展到了毫米波。

        為了提高射電望遠(yuǎn)鏡的威力,科學(xué)家們用無線電波的干涉原理,把許多天線有規(guī)律地排列起來,連接成一個“陣”,叫做“射電干涉儀”或“綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡”。后來,科學(xué)家們又發(fā)明了一種使用原子鐘的射電干涉儀,天線與天線之間互不連接,但又能互相呼應(yīng),叫作“甚長基線干涉儀”,一下子把天線陣的規(guī)模從幾千米擴(kuò)大到了幾千千米,甚至跨洲越洋,形成全球性的射電望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)。盡管如此,除了一些有價值的行星,我們依舊無法探測到所有的行星。

        1993年日本東京召開的無線電科學(xué)聯(lián)盟大會上,包括中國在內(nèi)的十國天文學(xué)家們迫切希望建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡,于是,中國“天眼”便應(yīng)運(yùn)而生。

        2011年3月,中國“天眼”工程正式開工建設(shè),借助貴州黔南天然圓形溶巖坑建造,500米口徑,其接收電波的面積相當(dāng)于30個足球場那么大。它的反射鏡邊框都是1500米長的環(huán)形鋼梁建造而成,反射面總面積約25萬平方米,用于匯聚無線電波,利用接收機(jī)接收?!疤煅邸庇?450個獨(dú)立的面板組成,擁有一個固定的直徑500米的碟形天線,它是世界上最靈敏的監(jiān)聽設(shè)備,也是最大的填充口徑無線電望遠(yuǎn)鏡。

        2018年4月28日,中國“天眼”開啟工作,首次發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星,估算距離地球約4000光年,它是由“天眼”超寬帶接收機(jī)一小時跟蹤觀測發(fā)現(xiàn)的,是至今發(fā)現(xiàn)的射電流量最弱的高能毫秒脈沖星之一。

        截至2018年9月12日,中國“天眼”已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了59個高質(zhì)量的脈沖星候選,其中44個被確認(rèn)為新發(fā)現(xiàn)的脈沖星。這些脈沖星中哪些來自外星文明,目前正在破解,很有可能會首次發(fā)現(xiàn)未來外星文明的存在。不僅如此,科學(xué)家還通過“天眼”對宇宙的起源進(jìn)行探索研究。

        其實(shí)中國“天眼”工程剛啟動時,曾遭到許多天文學(xué)家的反對,就連科學(xué)家霍金也認(rèn)為它將引來巨大的災(zāi)禍,原因就是“天眼”探測時所發(fā)出的信號太強(qiáng)大,容易被外星人探測到地球的位置,從而引發(fā)星球大戰(zhàn)。但事實(shí)并非如此。

        隨著中國“天眼”的出現(xiàn),也許在不久的將來,它會給全人類帶來更大的驚喜,一個宇宙新發(fā)現(xiàn)的時代即將來臨。

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