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翹首以待!中國(guó)天眼FAST即將向全球天文學(xué)家開(kāi)放
最后更新: 2019-09-27 13:17:56本文轉(zhuǎn)載自Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Elizabeth Gibney。如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系。
原文以Gigantic Chinese telescope opens to astronomers worldwide為標(biāo)題,發(fā)布在2019年9月24日《自然》新聞上。
FAST的超高靈敏度將推動(dòng)探測(cè)宇宙現(xiàn)象,包括快速射電暴和脈沖星。全球最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡正在緊鑼密鼓地準(zhǔn)備向全球天文學(xué)家開(kāi)放,即將開(kāi)啟高靈敏度觀測(cè)的新時(shí)代。這不僅有助于尋找引力波,還能探測(cè)到神秘又短暫的快速射電暴(FRB)。
FAST將實(shí)現(xiàn)對(duì)天文現(xiàn)象的高精度測(cè)量
500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(簡(jiǎn)稱FAST)位于貴州,剛剛通過(guò)了一系列技術(shù)和性能評(píng)估,有望在下個(gè)月舉行的評(píng)審會(huì)議上正式通過(guò)政府驗(yàn)收,實(shí)現(xiàn)全面開(kāi)放。FAST首席科學(xué)家李菂表示:“我們不認(rèn)為接下來(lái)的階段還有任何困難,我感到萬(wàn)分激動(dòng),同時(shí)又如釋重負(fù)?!?
這項(xiàng)復(fù)雜的工程經(jīng)歷了不少困難。先是顛覆性的設(shè)計(jì)無(wú)章可循,再到項(xiàng)目初期人才難覓,部分是因?yàn)樗牡乩砦恢锰^(guò)偏僻。但是,這些付出所換回的科學(xué)回饋卻是巨大的。世界第二大單口徑望遠(yuǎn)鏡是波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡(Arecibo Observatory),與之相比,FAST能收集到無(wú)線電波的面積是它的兩倍之大。
FAST的超大尺寸意味著它可以探測(cè)到來(lái)自宇宙各個(gè)角落的極微弱的無(wú)線電波信號(hào),包括脈沖星(旋轉(zhuǎn)的死亡恒星核)和遙遠(yuǎn)星系的氫。FAST還將探索射電天文學(xué)的一個(gè)前沿領(lǐng)域——利用無(wú)線電波定位可能存在地外生命的系外行星。
FAST自2016年進(jìn)入調(diào)試階段,一直只有中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目才能取得FAST的初始數(shù)據(jù);但是現(xiàn)在,全世界的研究人員都能申請(qǐng)觀測(cè)時(shí)間了,上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院FAST監(jiān)督委員會(huì)聯(lián)席主席沈志強(qiáng)如此表示。
“一想到能用FAST我就超級(jí)激動(dòng)?!泵绹?guó)西弗吉尼亞大學(xué)射電天文學(xué)家Maura McLaughlin說(shuō)。她想通過(guò)FAST研究脈沖星,尋找河外星系中脈沖星的所在位置,這些脈沖星的信號(hào)非常微弱,利用現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡無(wú)法探測(cè)到。
FAST在調(diào)試階段已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了100多個(gè)脈沖星。
天空之眼
造價(jià)達(dá)人民幣12億元(1.71億美元)的FAST也被稱為“天眼”,位于中國(guó)西南部貴州省偏遠(yuǎn)的大窩凼洼地。FAST直徑500米的反射面由大約4400塊獨(dú)立鋁板組成,利用2000多臺(tái)機(jī)械絞車進(jìn)行傾斜拼裝,讓每個(gè)單元聚焦不同的天空域。李菂說(shuō),雖然它的掃描面積沒(méi)有一些尖端射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)得大,分辨率也不如多口徑望遠(yuǎn)鏡陣列,但FAST的靈敏度是獨(dú)一無(wú)二。
今年8月和9月,F(xiàn)AST共探測(cè)到快速射電暴源頭121102的數(shù)百次重復(fù)爆發(fā)。李菂說(shuō),其中的許多爆發(fā)都非常微弱,用其它望遠(yuǎn)鏡是捕捉不到的?!斑@是非常激動(dòng)人心的好消息?!奔又荽髮W(xué)伯克利分校的快速射電暴研究人員Yunfan Gerry Zhang說(shuō)。雖然沒(méi)人知道這些神秘的爆發(fā)究竟從哪而來(lái),但“我們探測(cè)到的脈沖越多,我們離答案就越近”。
快速射電暴以極快的速度在看似隨機(jī)的位置轉(zhuǎn)瞬即逝,而FAST每次只能掃描天空的一小部分,因此不太可能發(fā)現(xiàn)許多新的快速射電暴。不過(guò),馬克思·普朗克射電天文學(xué)研究所的天文學(xué)家Laura Spitler 認(rèn)為,F(xiàn)AST令人驚艷的靈敏度將有助于追蹤它們的精確起源。重復(fù)觀測(cè)可以幫助科學(xué)家了解快速射電暴的誕生環(huán)境,并確定這些爆發(fā)的能量是否存在差異,或是這種重復(fù)是否有跡可尋。
McLaughlin說(shuō),F(xiàn)AST還能為一個(gè)嘗試發(fā)現(xiàn)銀河系時(shí)空漣漪的國(guó)際項(xiàng)目提供支持。這個(gè)名為“國(guó)際脈沖星計(jì)時(shí)陣”(International Pulsar Timing Array)的項(xiàng)目利用全球的射電望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)脈沖星的規(guī)律輻射,從中尋找可以表明有低頻引力波經(jīng)過(guò)的扭曲。
McLaughlin說(shuō),到本世紀(jì)30年代,F(xiàn)AST應(yīng)將積累足夠多的高靈敏度測(cè)量數(shù)據(jù),可以對(duì)這些引力波的不同來(lái)源進(jìn)行獨(dú)立研究,比如超大質(zhì)量黑洞的碰撞。她說(shuō):“那才是FAST將真正大顯身手的地方。”
李菂說(shuō)他對(duì)太陽(yáng)系系外行星的研究尤其感興趣。目前還沒(méi)有系外行星是僅僅因?yàn)樯潆娸椛涠惶綔y(cè)到的,而FAST具備識(shí)別微弱極化波的能力,或能填補(bǔ)這方面的空白。他還說(shuō),極化無(wú)線電信號(hào)也可能來(lái)自一些有磁場(chǎng)的行星,如果這些磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)相似,它們可能也具有保護(hù)潛在生命不受輻射傷害,以及維持行星大氣的能力。
要在FAST的寬波束中發(fā)現(xiàn)行星具有一定的難度,因?yàn)樗鼈兗热跤中 @钋厛F(tuán)隊(duì)想再增加36個(gè)5米口徑望遠(yuǎn)鏡,升級(jí)FAST的探測(cè)能力。他說(shuō),別看這些望遠(yuǎn)鏡價(jià)格不高,也有成品可用,但它們加起來(lái)卻能將FAST的空間分辨率提高100倍。
李菂希望FAST的運(yùn)作可以很快遷移至投資2300萬(wàn)美元的貴陽(yáng)數(shù)據(jù)處理中心。他希望向大城市遷移可以吸引更多的技術(shù)和工程人才。
目前,團(tuán)隊(duì)面臨的最大障礙在于如何存儲(chǔ)和處理FAST即將產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。團(tuán)隊(duì)正在與中國(guó)政府協(xié)商,希望能爭(zhēng)取到額外的經(jīng)費(fèi),用于實(shí)現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。他說(shuō):“好的評(píng)審結(jié)果肯定會(huì)助我們一臂之力?!?
- 原標(biāo)題:翹首以待!中國(guó)天眼FAST即將向全球天文學(xué)家開(kāi)放
- 責(zé)任編輯: 程北墨 
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