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“中國天眼”將建擴(kuò)展陣 為尋找地外生命“做功課”
關(guān)鍵字:據(jù)科技日報(bào)8月1日報(bào)道,“中國天眼”要邁出探索地外生命的步伐了。
科學(xué)家認(rèn)為,宜居的星球除了應(yīng)當(dāng)有水、適宜的溫度和大氣外,還有一個必要條件——磁場。
作為世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡, 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)將鎖定太陽系外的太空,在距離地球約100光年的范圍內(nèi)尋找與地球一樣擁有磁場的行星,助力尋找地外生命。近期,中法等國天文學(xué)家在《天文學(xué)及天體物理》雜志上發(fā)表了這一觀測計(jì)劃。
從零到一: 尋找首顆系外“磁行星”
磁場對于生命來說至關(guān)重要。
“地球磁場牢牢抓住地球表面的大氣,避免其被太陽風(fēng)吹走,隔絕了絕大多數(shù)強(qiáng)烈的宇宙射線,可保護(hù)生命不受射線的傷害。”中國科學(xué)院國家天文臺研究員、FAST首席科學(xué)家李菂在接受科技日報(bào)記者采訪時表示。
太陽風(fēng)是從太陽上層大氣射出的超聲速等離子體帶電粒子流,當(dāng)這種等離子體流到達(dá)地球附近時,大部分流體會被地球磁場干擾,繞過地球繼續(xù)向太陽系外圍前進(jìn)。其余的一小部分則隨著地球磁場線進(jìn)入兩極,并與空氣碰撞,形成絢麗多彩的極光,而非直接照射到動植物體身上。
那么,地球磁場是如何形成的?
“地球內(nèi)部的高溫導(dǎo)致物質(zhì)融化,大量電離物質(zhì)特別是液態(tài)的鐵金屬,隨著地球自轉(zhuǎn)長期處于運(yùn)動之中,使地球形成了一個強(qiáng)度較穩(wěn)定、具有南北磁極的磁場?!崩钋吀嬖V記者,目前關(guān)于地球磁場的細(xì)節(jié)問題也是學(xué)界研究的熱點(diǎn)之一,如經(jīng)常出現(xiàn)磁場反轉(zhuǎn)、磁極加速移動等。
在太陽系的八大行星中,除了地球,還有5顆擁有行星尺度的磁場,分別是水星、木星、土星、天王星和海王星,這些行星磁場的形成機(jī)制與地球大致相同。而對于太陽系外的空間,目前學(xué)界尚未真正探測到過擁有磁場的行星,但天文學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些擁有磁場的褐矮星。褐矮星又被稱為“失敗的太陽”,因?yàn)樗鼈兿噍^于行星來講太大了,最輕的褐矮星質(zhì)量也有十幾倍的木星大?。欢鄬τ谠诤藘?nèi)發(fā)生氫聚變的恒星來說又很小。2018年,研究人員發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量介于行星和褐矮星之間的天體(SIMP),磁場比木星還要強(qiáng)200倍左右。
“這讓我們有理由相信,太陽系外也會存在很多有磁場的行星,F(xiàn)AST將要做的,就是突破這個零?!崩钋呎f。
提升“視力”: 擴(kuò)展陣助分辨率提升百倍
在星際的巨大尺度中,磁場的探測永遠(yuǎn)是個很難的問題。
對于太陽系內(nèi)的行星結(jié)構(gòu)、物理現(xiàn)象、甚至磁場,我們可采用發(fā)射探測器等方式直接探測。但系外行星對于空間探測器來說,遙不可及。只能通過地球上或附近的空間望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備接收信號,測量恒星的位置和速度是否變化來推測其周圍是否存在行星;后來進(jìn)一步發(fā)展利用“掩星”或引力透鏡的現(xiàn)象進(jìn)行觀測,而上述常規(guī)的探測方式皆與行星內(nèi)部的磁場相關(guān)度不高。
近20年來,一部分天文學(xué)家開始鎖定射電信號,以期觀測行星的磁場。為何會選在射電波段呢?
“如果行星有磁場,那么在主恒星星風(fēng)的作用下,便會產(chǎn)生電磁輻射。特別是在射電這一頻率跨度很寬的波段?!崩钋叡硎尽T僬?,對于地面的射電望遠(yuǎn)鏡而言,大氣層是“透明”的,即宇宙中的射電信號能量低、波長長,穿過大氣層時不易散射,能夠保留較為完整的信息被地面望遠(yuǎn)鏡這雙“眼睛”接收。以木星為代表的大行星輻射就發(fā)生在射電波段,這也啟發(fā)人們在尋找其他同樣具有磁場的行星時重點(diǎn)關(guān)注射電信號。
“FAST最大的優(yōu)勢在于接收射電信號的總面積很大,靈敏度高?!痹诶钋吙磥?,F(xiàn)AST單位接收面積的性價比也很高。雖然世界上存在綜合性能更強(qiáng)的射電望遠(yuǎn)鏡,如某些陣列式望遠(yuǎn)鏡,又如8臺望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成、觀測首張黑洞照片的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”等,這些望遠(yuǎn)鏡雖然分辨率更高,也能做很多FAST目前無法完成的觀測內(nèi)容,但由于每個陣列單元都要有獨(dú)立的接收設(shè)備和傳送、處理信號裝置,因此成本將會指數(shù)級增長。FAST造價只有12億人民幣,而由66個望遠(yuǎn)鏡單元組成的ALMA射電望遠(yuǎn)鏡的造價為10億英鎊,折合成人民幣約92億元。
“FAST已經(jīng)將靈敏度發(fā)揮到了極致,但由于口徑的限制,觀測系外行星時的分辨率還達(dá)不到理想要求。我們希望能夠建設(shè)FAST擴(kuò)展陣,將空間分辨率提升10—100倍。”李菂透露,目前計(jì)劃采用5米口徑的天線和簡易接收單元,在現(xiàn)有的“球面”周圍鋪設(shè)成密集網(wǎng),將原本300米有效基線擴(kuò)大至幾十公里。為了節(jié)省成本,擴(kuò)展陣的每個單元不設(shè)置數(shù)字信號處理裝置,而是利用光纖將接收到的電信號直接傳輸?shù)皆贔AST的總處理器上。如此一來,“天眼”對于弱點(diǎn)源的響應(yīng)性能將會大幅提升,“視力”進(jìn)一步提高。
打開新窗: 或改變對地外生命現(xiàn)有認(rèn)知
FAST一旦接收到第一顆系外行星的射電信號,將意味著打開系外宜居行星探索的新窗口。
“當(dāng)這種探測大范圍展開后,很有可能會得到一個結(jié)論,即表明太陽系之外行星磁場是普遍存在的。”李菂認(rèn)為,雖然磁場并非地外生命存在的唯一條件,但作為保護(hù)生命的重要因素,未來愈發(fā)多樣、詳細(xì)的行星磁場的探測將會改變?nèi)藗儗Φ赝馍默F(xiàn)有認(rèn)知,甚至將為搜索智慧生命和地外文明提供助力。
以目前觀測到的數(shù)據(jù),銀河系之內(nèi)、太陽系之外存在生命的條件是普遍存在的?!叭绻谕耆也坏降赝馍挠白樱炊遣豢伤甲h的。”李菂告訴記者,地球上各種極端條件下皆存在著生命,人們在地外也探測到構(gòu)成生命的C、H、O等必要元素和大量復(fù)雜分子。銀河系誕生了100多億年。恒星、行星、磁場、水以及足夠的時間,這些生命演化的必要因素齊備,為何不會存在地外生命?
很快,F(xiàn)AST將會邁出這一步,擴(kuò)展陣也將在3—4年內(nèi)建成,助力搜索系外行星的射電信號。
除此之外,F(xiàn)AST將在2019年9月結(jié)束長達(dá)3年的測試期,正式投入使用。超過10個國家和地區(qū)的天文學(xué)家的科學(xué)團(tuán)隊(duì)正在從事FAST相關(guān)研究。李菂透露,以中國科學(xué)院國家天文臺為首的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制定了兩個系統(tǒng)化的巡天計(jì)劃:FAST多科學(xué)目標(biāo)同時巡天計(jì)劃(CRAFTS)和銀道面及仙女座星系巡天計(jì)劃(GAS)。目前這兩個計(jì)劃已經(jīng)確立了相關(guān)模式,進(jìn)行了大量的技術(shù)測試,預(yù)期今年年底前正式展開,將成為FAST系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)出的主要依據(jù),預(yù)期發(fā)現(xiàn)上千顆脈沖星、幾十萬個新的氣體星系、超過100億個像素點(diǎn)的新一代原子氫氣天圖。
“FAST多個觀測項(xiàng)目,特別是兩個系統(tǒng)巡天計(jì)劃,將力爭在脈沖星黑洞系統(tǒng)、引力波源、基本物理常數(shù)、星系演化、生命的太空起源等方向催生重大突破?!崩钋呎f。
- 原標(biāo)題:“中國天眼”將建擴(kuò)展陣 為尋找地外生命“做功課”
- 責(zé)任編輯:于文凱
- 最后更新: 2019-08-01 09:02:36
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