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中國「天眼」能望到銀河那邊,它到底能窺探出多少宇宙秘密?

上圖中討論的「天眼」似乎已經伸進我們生活的各個角落,似乎讓我們感覺到一絲「恐懼」。但是,我們今天要說的「中國天眼」它的首秀也引來的眾多矚目可不是窺探隱私的「高科技」,很多人不明白這「天眼」是幹啥的?它對我們的生活有什麼影響?它的作用僅僅是個「大望遠鏡」,沒事兒觀天象玩玩兒?

這就是你的不對了。

國家耗資近10億元,歷時22年,從構想到選址、動工、改建、完工等步驟,幾代人的熱血都投注在這口「大鍋」上。這絕對不是為了「玩玩兒」。

中文名:500米口徑球面射電望遠鏡

外文名:FAST(Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope)

接收面積:25萬平方米(相當於30個足球場)

邊框:1.5千米

地址:貴州省平塘縣克度鎮金科村大窩凼

口徑:500m

建成:2016年9月21日

工程投資:約6.67億人民幣

反射面總面積:約25萬平方米

設施級別:國家重大科技基礎設施

藉助這隻巨大的「天眼」,科研人員可以窺探星際之間互動的信息,觀測暗物質,測定黑洞質量,甚至搜尋可能存在的星外文明。眾多獨門絕技讓其成為世界射電望遠鏡中的佼佼者,這也將為世界天文學的新發現提供重要機遇。與德國波恩100米望遠鏡相比,「天眼」的靈敏度提高了約10倍;與美國阿雷西博350米望遠鏡相比,「天眼」的綜合性能也提高了約10倍。「天眼」能夠接收到137億光年以外的電磁信號。從2016年9月25日起,「天眼」方圓5公里將成為「靜默區」。這個龐然大物開始睜開「慧眼」,專註地捕捉來自宇宙深空的信號。

科學目標

1、FAST有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣,重現宇宙早期圖像。

2、能用一年時間發現數千顆脈衝星,建立脈衝星計時陣,參與未來脈衝星自主導航和引力波探測。

3、主導國際甚長基線干涉測量網,獲得天體超精細結構。

4、進行高解析度微波巡視,檢測微弱空間信號。

5、參與地外文明搜尋。

6、參與子午鏈工程,提高非相干散射雷達雙機系統性能。

7、將深空通訊能力延伸至太陽系外緣行星,將衛星數據接收能力提高100倍。

應用目標

1、空間飛行器的測控與通訊

2、脈衝星計時陣和自主導航

3、非相干散射雷達接收系統

4、高解析度微波巡視

具有中國獨立自主知識產權的FAST,是世界上目前口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡,其設計綜合體現了我國高技術創新能力。它將在基礎研究眾多領域,例如宇宙大尺度物理學、物質深層次結構和規律等方向提供發現和突破的機遇,也將在日地環境研究、國防建設和國家安全等方面發揮不可替代的作用。其建設將推動眾多高科技領域的發展,提高原始創新能力、集成創新能力和引進消化吸收再創新能力。它的建設與運行將促進西部經濟的繁榮和社會進步,符合國家區域發展總體戰略。

南仁東的名字,與FAST密不可分。

洪亮的嗓音,在生命最後的幾年裡變得嘶啞,曾跑遍大山的雙腿也不再矯健。72歲的南仁東,把彷彿揮灑不完的精力留給了「中國天眼」——世界最大口徑的射電望遠鏡FAST。某種程度上,他成就了FAST,FAST也成就了他。

而建成FAST,就是他所說的「一點事」。他一做就是20多年。

如今,南仁東主導締造的FAST,終於睜開「銳眼」,望向蒼穹。

FAST的這次「首秀」,或許就是對南仁東的最好告慰。有網友建議,希望將FAST發現的第一顆脈衝星命名為「南仁東星」。

FAST總工藝師王啟明表示,在FAST的科學目標中,確實「包括尋找地外文明」,「但是這並不是我們排在最前列的目標」。「排在我們最前列的目標是尋找脈衝星。」他說。

記者注意到,平塘國際天文體驗館對脈衝星進行了介紹。館內資料顯示,脈衝星是快速自轉的中子星,它能夠發射嚴格周期性脈衝信號。脈衝星的觀測研究不僅具有重要的物理意義,而且具有重要應用價值,在時間尺度、深空自主導航等方面具有重要的應用前景。

為什麼要找脈衝星?王啟明說,脈衝星會不斷地發出脈衝信號,而這種信號非常穩定。「找到以後就可以應用於深空探測、星際旅行,可以起到導航作用。

他舉例稱,「如果你要走到火星,或者走出太陽系,甚至走出銀河系,根本無法用地球上的GPS去導航,但如果能知道宇宙中很多脈衝星的位置,就可以通過它來定位、導航。」

他還指出,航天航空的精確定位也離不開射電望遠鏡。「如果我們發射飛船去火星,飛船在走的過程中隔一段時間就發一個脈衝信號回來,我們的中國『天眼』就可以接收到這個信號,判斷它的位置,是否在正確軌道上。」

此外,貴州大學物理學院教授、中科院國家天文台-貴州大學天文聯合研究中心常務副主任張志彬也告訴記者,人類在地面建實驗室,高溫高壓強磁場都是很難實現的,而脈衝星的實驗條件非常極端,它「對人類認識極端條件下的一些物理現象也有非常重大的意義」。

國家天文台副台長、FAST工程常務副經理鄭曉年曾在接受媒體採訪時指出,除了觀測脈衝星,中國「天眼」的另一大科學目標是「巡視宇宙中的中性氫」。他指出,這可以「研究宇宙大尺度物理學,以探索宇宙起源和演化」。

「天眼動態」

10月10日,世界最大單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)取得首批成果新聞發布會在中國科學院國家天文台舉行。

會上,國家天文台台長嚴俊介紹了FAST工程竣工一年來的各項工作進展。國家天文台研究員李菂對FAST取得的首批成果進行了發布:FAST望遠鏡調試進展超過預期;我國射電望遠鏡首次發現脈衝星,探測到數十個優質脈衝星候選體,其中兩顆通過國際認證。李菂和國家天文台研究員姜鵬、澳大利亞科學及工業研究院Parkes望遠鏡科學主管George Hobbs等專家,就FAST首次發現脈衝星的過程、脈衝星研究工作在科學領域的重要意義、FAST未來工作計劃等進行了深入解讀,並回答了記者提問。

FAST作為「國之重器」,是我國「十一五」重大科技基礎設施之一,於2016年9月25日竣工進入試運行、試調試階段。國家天文台牽頭國內多家單位,在FAST科學和工程團隊密切協作下,經過一年的緊張調試,現已實現指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行,調試進展超過預期及大型同類設備的國際慣例,並且已經開始系統的科學產出。

FAST團組利用位於貴州師範大學的FAST早期科學中心進行數據處理,探測到數十個優質脈衝星候選體,經國際合作,如利用澳大利亞64米Parkes望遠鏡,進行後隨觀測認證,目前兩顆脈衝星已通過系統認證,一顆編號J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar#1),自轉周期為1.83秒,據估算距離地球1.6萬光年;另一顆編號J1931-01(又名FP2),自轉周期0.59秒,據估算距離地球約4100光年。兩顆脈衝星分別由FAST於今年8月22日和25日在南天銀道面通過漂移掃描發現。這是我國射電望遠鏡首次新發現脈衝星。

搜尋和發現射電脈衝星是FAST的核心科學目標。銀河系中有大量脈衝星,但由於其信號暗弱,易被人造電磁干擾淹沒,目前只觀測到一小部分。具有極高靈敏度的FAST是發現脈衝星的理想設備,FAST在調試初期發現脈衝星,得益於卓有成效的早期科學規劃和人才、技術儲備,初步展示了FAST自主創新的科學能力,開啟了中國射電波段大科學裝置系統產生原創發現的激越時代。未來,FAST將有望發現更多守時精準的毫秒脈衝星,對脈衝星計時陣探測引力波做出原創貢獻。

未來兩年,FAST將繼續調試,以期達到設計指標,通過國家驗收,實現面向國內外學者開放。科研人員將進一步驗證、優化科學觀測模式,繼續催生天文發現,力爭早日將FAST打造成為世界一流水平望遠鏡設備。


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