看见宇宙边缘:“中国天眼”让全球科学家大开眼界

 天顺注册招商   2021-01-04 07:52   38 人阅读  0 条评论

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天顺平台招商直属【总代QQ223345】原标题:看见宇宙边缘:“中国天眼”让全球科学家大开眼界

这是一台射电望远镜的悲剧,却意外令全球科研人员收获惊喜。

去年11月,由于年久失修经费不足,美国国家科学基金会(NSF)宣布位于波多黎各的阿雷西博(Arecibo)望远镜退役。或许是巧合,已服役半个多世纪、曾为世界最大单碟射电望远镜的阿雷西博在数周后意外坍塌,彻底罢工了。

世界科研人员看向地外天体的眼睛“瞎”了,然而,中国正在向国际科学家开放世界上最大的射电望远镜“中国天眼”(FAST)。

在贵州平塘的大山深处,隐藏着现在世界上最大的射电望远镜——500米口径球面望远镜FAST,它正在取代美国阿雷西博天文台的地位,成为世界上唯一的同级别射电望远镜,即全球唯一的“天眼”。

FAST射电望远镜,将成为全球探索宇宙波的希望。

欧洲南方天文台(ESO)荣誉天文学家迪特里希·巴德(DietrichBaade)教授早在去年就关注了FAST向全球科研人员开放的消息。他对第一财经记者表示:“中国将接受外国研究人员的请求,这无疑对全球天文学领域的发展是一件好事。尤其是在阿雷西博望远镜退役后,FAST的意义就更为重大了。”

对国际社会越来越开放

在截至2016年的53年中,阿雷西博天文台一直是世界上最大的望远镜,直到FAST建造完成。去年早些时候发生两次电缆故障后,阿雷西博射电望远镜倒塌,重达900吨的接收平台直接坠落到望远镜的反射盘上,因无法修复而永久关闭了。

看见宇宙边缘:“中国天眼”让全球科学家大开眼界  第1张

自2011年开始建设、2016年落成启用,历时三年多调试验收,FAST的观测范围已经能企及河外星系甚至百亿光年之外的宇宙边缘。

2021年,FAST将接受希望使用该仪器进行研究的外国科学家的申请。FAST总工艺师、运营和发展中心主任王启明近期在接待海外媒体参观访问时表示:“FAST科学委员会将让FAST对国际社会越来越开放。”

造价11亿元人民币的FAST直径500米的巨型望远镜接收盘球面能够覆盖30个足球场,不仅比坍塌的阿雷西博望远镜大,而且灵敏度也高出三倍。FAST于2020年1月开始全面运行,主要工作是捕获天体尤其是脉冲星发出的无线电信号。

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FAST周围方圆5公里范围内还设有“无线电静默区域”,该区域禁止使用手机和计算机。王启明表示:“我们从阿雷西博望远镜的结构中汲取了很多灵感,并逐渐对其进行改进,来建造FAST望远镜。”

德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家劳拉·斯皮特勒(LauraSpitler)表示,FAST望远镜拥有“令人印象深刻的灵敏度”,将有助于详细跟踪宇宙波信号的来源。

“能够使用望远镜让我感到非常兴奋。”美国西弗吉尼亚大学射电天文学家莫拉·麦克劳克林(MauraMcLaughlin)表示。她说希望用FAST研究脉冲星,包括在银河系外的星系中搜寻脉冲星,“这些脉冲星太微弱,很难用现在的望远镜看到”。

麦克劳克林还表示,FAST将促进国际合作的努力,从而发现时空涟漪将如何席卷整个银河系。国际脉冲星计时阵列((IPTA))正在使用世界各地的射电望远镜监视脉冲星的常规发射,寻找会揭示这些低频引力波通过的畸变。

“到2030年代,FAST应该已经进行了足够的灵敏度测量,以研究此类波的各个来源,例如超大质量黑洞的碰撞。”她说,“这就是FAST真正发挥作用的地方。”

灵敏度和分辨率“强者”

“中国天眼”开创了建造巨型射电望远镜的新模式,突破了传统望远镜的工程极限,采用全新设计方案、口径更大,比国外同类望远镜的调试期更短,远超国际惯例和同行预期。

灵敏度和分辨率是射电望远镜的两大核心指标。由于星体距离地球十分遥远,信号到达地球时能量微弱,灵敏度是科学家发现暗弱天体的能力,而要想进一步看清遥远天体的真实面貌,就要依靠分辨率。

借助“中国天眼”超高的灵敏度,国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右,这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。

FAST也是中国近年来深空探索最受全球瞩目的大科学装置。1993年诺贝尔物理学奖获得者约瑟夫·泰勒(JosephTaylor)教授曾在一次上海访问中对第一财经记者表示:“中国在天文观测大装置的建设方面成就非常大,‘中国天眼’的建成只花了5年时间,期待它给我们带来更多惊喜。”

约瑟夫·泰勒曾在2016年FAST正式完工时亲临现场参观。他用“震撼”来形容这一世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助这只巨大的“天眼”,科研人员可以窥探星际之间互动的信息,观测暗物质,测定黑洞质量,甚至搜寻可能存在的星外文明。

“中国天眼”奠基人、已故FAST工程首席科学家南仁东在评价FAST的时候曾表示,FAST适合前沿性和探索性的小型研究,比如对脉冲星的研究。“一块方糖大小的脉冲星的重量就可以达到几十亿吨。”南仁东曾在接受采访时说道。

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FAST一问世便捷报频传。从2017年10月首次发现2颗脉冲星以来,到2020年1月,已经发现102颗脉冲星,两年的“调试阶段”中发现脉冲星的数量,超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。

泰勒对“中国天眼”调试阶段就发现了100个脉冲星和多起磁暴现象表示惊叹。他对第一财经记者表示:“为了能够获得最大程度的数据,我们要珍惜射电望远镜的工作时间,希望相关购买数据的机构能够尽可能地下载所购买的数据,将原始数据进行本地存储,从而提升射电望远镜的效率。”

望向更深的宇宙

除了研究脉冲星,FAST未来还可以研究中性氢(与“宇宙大爆炸”有关)、黑洞吞噬小天体、星体演化和搜寻地外文明等。FAST收集的数据将有助于更好地帮助全球科学家了解宇宙的起源,寻找外星生命。

针对“中国天眼”未来应用的探索,泰勒表示:“很多人都想探测暗物质和暗能量,用射电望远镜的方式来进行探索,对我们可能格外重要。”

因发现引力波而获得2017年诺贝尔物理学奖的巴里·巴里什(BarryBarish)教授对第一财经记者表示,目前全球有三个非常不同的项目在观测着宇宙深空。第一个项目就是“中国天眼”项目;第二个项目是加拿大氢强度测绘实验(CHIME)射电望远镜,它由四个100米长的半圆柱形接收器组成,每天都会扫描整个北半球上空,2019年1月,该天文望远镜侦测到来自外太空的电波;第三个项目是平方公里阵列射电望远镜项目(SKA),这是一个多国共同开展的大型科学项目,也被称作“世界巨眼”。这是一个完全数字化的射电望远镜阵列,一期项目建设的投入就达到20亿美元。SKA项目计划2021年开建。

根据国家天文台消息,自2020年1月验收以来,“中国天眼”(FAST)设施运行稳定可靠,取得一系列重大科学成果,发现脉冲星数量超过240颗,基于“中国天眼”数据发表的高水平论文达到40余篇。借助“中国天眼”,我国科研团队迅速成为国际快速射电暴领域的核心研究力量。

澳大利亚塔斯马尼亚大学物理学教授约翰·迪基(JohnDickey)表示:“中国无疑是一个全球科学研究中心,中国的研究成果令人印象深刻,与北美或西欧处于同一水平。与世界上任何先进国家相比,中国的科研人员都是领先的和有创造力的。”

来自美国亚利桑那州立大学的中国科学政策专家丹尼斯·西蒙(DenisSimon)表示:“中国科学创新的进步一直很快,知识的自由获取赋予了科学和工程界探索新想法的可能性,并激励科研人员在研究环境中承担更大的风险。曾经盛行的规避风险的文化已被一种更具企业家精神的文化所取代。”

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