中國天眼第一次 “看見”脈沖星

10月10日，中國科學(xué)院國家天文臺宣布，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）經(jīng)過一年緊張調(diào)試，已實現(xiàn)指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運(yùn)行，并確認(rèn)多顆新發(fā)現(xiàn)脈沖星。

脈沖星家族首次有了“中國星”

這是我國的天文設(shè)備第一次發(fā)現(xiàn)脈沖星，實現(xiàn)了該領(lǐng)域“零的突破”。自1967年發(fā)現(xiàn)第一顆脈沖星以來，過去的50年里，人類發(fā)現(xiàn)的脈沖星家族至少有2700個成員了。

國家天文臺公布了這2顆脈沖星的具體信息：前者自轉(zhuǎn)周期為1．83秒，距離地球約1.6萬光年，后者自轉(zhuǎn)周期為0.59秒，距離地球約4100光年，分別由“中國天眼”于今年8月22日、25日在南天銀道面通過漂移掃描發(fā)現(xiàn)。

這只是“中國天眼”的部分發(fā)現(xiàn)?！疤煅邸惫こ谈笨偣こ處熇钋吔榻B，“天眼”調(diào)試進(jìn)展超過預(yù)期，目前已探測到數(shù)十個優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，其中6顆通過國際認(rèn)證。

據(jù)科學(xué)家介紹，脈沖星是一種高速自轉(zhuǎn)的中子星，由恒星演化和超新星爆發(fā)產(chǎn)生。它的密度極高，每立方厘米重達(dá)上億噸，一塊方糖大小就相當(dāng)于地球上一萬艘萬噸巨輪的重量。脈沖星自轉(zhuǎn)速度很快、自轉(zhuǎn)周期精確，是宇宙中最精準(zhǔn)的時鐘。正因如此，脈沖星會發(fā)射一斷一續(xù)的周期性脈沖信號，就好比轉(zhuǎn)動的燈塔發(fā)出忽明忽暗的光。

這一特殊“本領(lǐng)”，讓脈沖星在計時、引力波探測、廣義相對論檢驗等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。李菂說，脈沖星具有在地面實驗室無法實現(xiàn)的極端物理性質(zhì)，對其進(jìn)行研究有望得到許多重大物理學(xué)問題的答案。譬如，脈沖星的自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定，準(zhǔn)確的時鐘信號為引力波探測、航天器導(dǎo)航等重大科學(xué)及技術(shù)應(yīng)用提供了理想工具。

“通過對快速旋轉(zhuǎn)的射電脈沖星進(jìn)行長期監(jiān)測，選取一定數(shù)目的脈沖星組成計時陣列，就可以探測來自超大質(zhì)量雙黑洞等天體發(fā)出的低頻引力波。”李菂說。

調(diào)試一年出成果

“天眼”的最初構(gòu)想來自已故天文學(xué)家南仁東。從1994年提出設(shè)想，到2016年正式啟用，22年間，南仁東和他的團(tuán)隊全力推動著這個看似不可思議的世界級項目。

設(shè)計和結(jié)構(gòu)均無先例可循，“天眼”前期調(diào)試遇到巨大困難?！疤煅邸惫こ炭偣に噹熗鯁⒚髡f，各系統(tǒng)一開始專注于設(shè)備跟蹤維護(hù)，系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試看起來都沒問題，但各系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，系統(tǒng)間的通信、算法的統(tǒng)一、安全協(xié)調(diào)等一系列問題逐步暴露出來。聯(lián)調(diào)期間，“天眼”人的工作狀態(tài)基本上是白天分頭干活，晚上集中開會商討，連夜改程序，第二天又接著試新方案，反復(fù)調(diào)到最優(yōu)。在“天眼”落成啟用后的380個日日夜夜里，除非停電，總控機(jī)房總是二十四小時無休。白天，工程團(tuán)隊和施工方的人員集中進(jìn)行調(diào)試；晚上，科研人員會把面型固定好，讓其指向一個特定的天區(qū)，通過地球自轉(zhuǎn)，讓天空從望遠(yuǎn)鏡上方漂移掃描過去。

李菂說，漂移掃描方式在脈沖星搜索上很少被運(yùn)用，但調(diào)試期間只能用這種方式，為此，科研人員不僅需要重新設(shè)計軟件，數(shù)據(jù)處理上也要付出更多勞動，但最終結(jié)果是令人振奮的，“天眼”每次掃描都能獲得一到兩個高質(zhì)量的脈沖星候選體。

國家天文臺研究員、“天眼”工程副經(jīng)理彭勃說，國外同類大型射電望遠(yuǎn)鏡建成后一般需要3年至5年的調(diào)試階段，而“天眼”調(diào)試了一年就獲得了初步成果。

“天眼”將主導(dǎo)未來宇宙天圖

在“中國天眼”之前，地球上所有望遠(yuǎn)鏡都只能看見銀河系里的脈沖星。

隨著“中國天眼”加入射電望遠(yuǎn)鏡家族，科學(xué)家預(yù)測，人類發(fā)現(xiàn)的脈沖星家族有望擴(kuò)員一倍，而且會看見河外星系的脈沖星，或者看見圍繞黑洞的脈沖星。

中外科學(xué)家都期待“天眼”的發(fā)現(xiàn)從量變轉(zhuǎn)為質(zhì)變?！疤煅邸比裟艿谝粋€捕獲河外星系脈沖星，將具有開創(chuàng)性意義。李菂和他的研究小組已經(jīng)在為觀測河外星系脈沖星做技術(shù)上的準(zhǔn)備，最早于明年初會進(jìn)行嘗試。

首位發(fā)現(xiàn)脈沖星的天文學(xué)家喬瑟琳·貝爾今年早些時候參觀了“中國天眼”，她期待這座世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡能發(fā)現(xiàn)更多微弱、遙遠(yuǎn)、獨(dú)特的脈沖星，包括發(fā)現(xiàn)圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的脈沖星。

對于觀測范圍可達(dá)已知宇宙邊緣的“天眼”來說，發(fā)現(xiàn)脈沖星只是使命之一，未來，它還將在中性氫觀測、譜線觀測、尋找可能的星際通訊信號等方面大放異彩。

宇宙大爆炸學(xué)說認(rèn)為，中性氫是宇宙中幾乎與大爆炸同齡的“老人家”，觀測和研究中性氫的分布，能幫助科學(xué)家進(jìn)一步弄清銀河系和河外星系的結(jié)構(gòu)，解開宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之謎?！啊袊煅邸瘜⑼ㄟ^巡視宇宙中的中性氫，繪制出最新最大的標(biāo)準(zhǔn)宇宙天圖?！眹姨煳呐_“天眼”項目高級博士后MarkoKrco（馬可）說。

“中國天眼”甚至還能“監(jiān)聽”宇宙中可能存在的外星文明發(fā)出的無線電波。澳大利亞科學(xué)及工業(yè)研究院Parkes望遠(yuǎn)鏡科學(xué)主管喬治·霍布斯說，Parkes望遠(yuǎn)鏡目前有20%的時間分配給了“尋找外星人”，但仍一無所獲，“中國天眼”看得更遠(yuǎn)，說不定將來會有令人振奮的消息。

熱點(diǎn)評論

讓“天眼”的視線不斷延伸

脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，由巨大的恒星爆炸后所形成。它是一種自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定的星體，被稱為宇宙中最精準(zhǔn)的時鐘，可以為引力波探測、航天器導(dǎo)航等重大科學(xué)及技術(shù)應(yīng)用提供理想工具。10月10日中國天文設(shè)備首次發(fā)現(xiàn)脈沖星，實現(xiàn)了 “零的突破”。有國際同行表示，“中國天眼”的調(diào)試以及逐漸產(chǎn)出成果，是目前國際天文學(xué)界最激動人心的事件之一。

已故的“天眼之父”南仁東研究員說過：“天眼”是為“下一代天文學(xué)家準(zhǔn)備的觀測設(shè)備”。發(fā)現(xiàn)脈沖星只是“中國天眼”調(diào)試初期的部分成果。未來，要讓“天眼”的視線在一代代科研人員肩膀上繼續(xù)延伸。

“中國天眼”在20年內(nèi)都有望保持世界一流望遠(yuǎn)鏡的地位。從此刻起，“中國天眼”將開啟中國射電天文學(xué)10年至20年的“黃金期”。“中國天眼”取得首批成果，是一縷曙光，預(yù)示著一個天文大發(fā)現(xiàn)的時代或?qū)⒌絹?。未來二三十年?nèi)，世界將迎來新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命。物質(zhì)結(jié)構(gòu)、宇宙演化、生命起源等基本科學(xué)問題正在孕育重大突破，新前沿新方向正在開辟。中國正在果敢地?fù)?dān)負(fù)起為全人類探索和扣問廣袤未知的使命，一代代接續(xù)奮斗，向浩渺宇宙探求新知。