“中国天眼”未来还会发现什么？ 将绘制最新最大的标准宇宙天图

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“中国天眼”未来还会发现什么？将绘制最新最大的标准宇宙天图

2017-10-14 董瑞丰、齐健 慧天地

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FAST观测脉冲星示意图

4100光年，1.6万光年。坐落在贵州群山之中的“中国天眼”，刚一“睁眼”就“看见”了离地球如此遥远的2颗脉冲星。

10日，中国科学院国家天文台宣布，500米口径球面射电望远镜（FAST）经过一年紧张调试，已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行，并确认多颗新发现脉冲星。

脉冲星家族首次有了“中国星”

这是我国的天文设备第一次发现脉冲星，实现了该领域“零的突破”。自1967年发现第一颗脉冲星以来，过去的50年里，人类发现的脉冲星家族至少有2700个成员了。

国家天文台公布了这2颗脉冲星的具体信息：前者自转周期为1.83秒，距离地球约1.6万光年，后者自转周期为0.59秒，距离地球约4100光年，分别由“中国天眼”于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

这只是“中国天眼”的部分发现。“天眼”工程副总工程师李菂介绍，“天眼”调试进展超过预期，目前已探测到数十个优质脉冲星候选体，其中6颗通过国际认证。

据科学家介绍，脉冲星是一种高速自转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生。它的密度极高，每立方厘米重达上亿吨，一块方糖大小就相当于地球上一万艘万吨巨轮的重量。脉冲星自转速度很快、自转周期精确，是宇宙中最精准的时钟。正因如此，脉冲星会发射一断一续的周期性脉冲信号，就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。

这一特殊“本领”，让脉冲星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域具有重要应用。李菂说，脉冲星具有在地面实验室无法实现的极端物理性质，对其进行研究有望得到许多重大物理学问题的答案。譬如，脉冲星的自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

“通过对快速旋转的射电脉冲星进行长期监测，选取一定数目的脉冲星组成计时阵列，就可以探测来自超大质量双黑洞等天体发出的低频引力波。”李菂说。

澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治•霍布斯说，“天眼”的调试以及逐渐产出成果，是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。

调试一年就出成果，告慰“天眼之父”南仁东

“天眼”的最初构想来自已故天文学家南仁东。从1994年提出设想，到2016年正式启用，22年间，南仁东和他的团队全力推动着这个看似不可思议的世界级项目。

设计和结构均无先例可循，“天眼”前期调试遇到巨大困难。“天眼”工程总工艺师王启明说，各系统一开始专注于设备跟踪维护，系统内调试看起来都没问题，但各系统联调后，系统间的通信、算法的统一、安全协调等一系列问题逐步暴露出来。

联调期间，“天眼”人的工作状态基本上是白天分头干活，晚上集中开会商讨，连夜改程序，第二天又接着试新方案，反复调到最优。在“天眼”落成启用后的380个日日夜夜里，除非停电，总控机房总是二十四小时无休。白天，工程团队和施工方的人员集中进行调试；晚上，科研人员会把面型固定好，让其指向一个特定的天区，通过地球自转，让天空从望远镜上方漂移扫描过去。

李菂说，漂移扫描方式在脉冲星搜索上很少被运用，但调试期间只能用这种方式，为此，科研人员不仅需要重新设计软件，数据处理上也要付出更多劳动，但最终结果是令人振奋的，“天眼”每次扫描都能获得一到两个高质量的脉冲星候选体。

国家天文台研究员、“天眼”工程副经理彭勃说，国外同类大型射电望远镜建成后一般需要3年至5年的调试阶段，而“天眼”调试了一年就获得了初步成果。

“天眼”会寻找“外星人” 将主导未来宇宙天图

中外科学家都期待“天眼”的发现从量变转为质变。“天眼”若能第一个捕获河外星系脉冲星，将具有开创性意义。李菂和他的研究小组已经在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备，最早于明年初会进行尝试。

首位发现脉冲星的天文学家乔瑟琳·贝尔今年早些时候参观了“中国天眼”，她期待这座世界最大的射电望远镜能发现更多微弱、遥远、独特的脉冲星，包括发现围绕黑洞旋转的脉冲星。

对于观测范围可达已知宇宙边缘的“天眼”来说，发现脉冲星只是使命之一，未来，它还将在中性氢观测、谱线观测、寻找可能的星际通讯信号等方面大放异彩。

宇宙大爆炸学说认为，中性氢是宇宙中几乎与大爆炸同龄的“老人家”，观测和研究中性氢的分布，能帮助科学家进一步弄清银河系和河外星系的结构，解开宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之谜。“‘中国天眼’将通过巡视宇宙中的中性氢，绘制出最新最大的标准宇宙天图。”国家天文台“天眼”项目高级博士后Marko Krco（马可）说。

“中国天眼”甚至还能“监听”宇宙中可能存在的外星文明发出的无线电波。澳大利亚科学及工 46 28317 46 13046 0 0 3509 0 0:00:08 0:00:03 0:00:05 3508业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说，Parkes望远镜目前有20%的时间分配给了“寻找外星人”，但仍一无所获，“中国天眼”看得更远，说不定将来会有令人振奋的消息。

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