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第57集 “天眼”與脈沖星

第57集 “天眼”與脈沖星 0:00/0:00
最新發布時間: 2020-02-10
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  科幻小說《三體》中,女主人公所在的紅岸基地,偶然收到一通來自外星文明的無線電波。其實,現實中也有接收宇宙無線電波的現實版紅岸基地坐落在貴州省平塘縣的大窩凼洼地 

  在上一期節目中,我們說到,這塊洼地建造了世界最大單口徑球面射電望遠鏡,也就是天眼借助這座望遠鏡,2017年10月10日國家天文臺新聞發布會上說到“天眼”在南天銀道面通過漂移掃描發現兩顆脈沖星。這也是我國射電望遠鏡首次新發現脈沖星。那么脈沖星是什么星,天眼發現新脈沖星在天文學上有什么重大意義呢? 

  天眼”這兩個字,我們時常在新聞報道中看到或聽到,它指的是500米口徑球面射電望遠鏡。它端坐在萬山叢中,像一只凝視星空的碩大眼眸,它能一眼“看”穿137億光年,所以被大家形象的稱為天眼。 

  2016年9月25日,天眼工程順利啟用,“天眼睜開”,然而就在天眼啟動運行一周年的前幾天,2017年9月15日,我國“天眼”總工程師南仁東永遠告別了這個世界。雖然英雄已落幕,但“中國天眼”已開,它正以獨特的方式仰望星空。 

  搜尋和發現射電脈沖星是“天眼”的核心科學目標,這座望遠鏡不僅在尺寸規模上創造了新世界紀錄,而且在靈敏度和綜合性能上具備世界領先水平。換句話說,天眼現在以及將來的10-20年,都會保持世界一流設備的地位。所以,這座射電望遠鏡靈敏度的優勢,被脈沖星研究人員寄以厚望有學者稱呼它為脈沖星機器 

  宇宙中有很多不同的組成部分,例如恒星、行星以及衛星、星云等等,那么這個脈沖星是一種什么星?它是怎樣形成的呢?為什么天文學家都以發現脈沖星引以為傲呢? 

  根據資料記載,人類最早發現宇宙中存在脈沖星是在1967年,當時英國科學家在十分偶然的情況中,探測到了一種從來沒有被發現的射電輻射,這種輻射的出現很有規律,每過一定的時間都會出現一次脈沖。這個時間大約在1.34秒左右,于是,科學家就把這種脈沖的輻射源叫做脈沖星。 

  從字面意思上來說,脈沖星就是發射脈沖的星星,但和我們肉眼看到的閃閃的星星不一樣。脈沖星是因為自身的輻射和運動的特性,會不停地閃爍。它是直徑大約10到15公里之間,質量卻比太陽還大的中子星。 

  人們也是后來才知道,脈沖星是特殊的中子星,由恒星演化和超新星爆發產生的。由于它的輻射束會周期性快速掃過地球,所以才會使地球上的我們看到一個個周期脈沖。了解脈沖星,可以幫助我們弄清楚星體坍縮時發生了什么情況,進一步揭示宇宙誕生和演變的奧秘。 

  脈沖星可謂宇宙中最神奇的天體之一,為什么這么說呢,因為它有與原子核差不多的高密度,天然的極端物理條件下的實驗室;它還是“星際介質的探針”,能對星際介質、銀河系磁場、引力波等目標進行研究。 

  脈沖星具有周期性脈沖屬性,它就像茫茫宇宙中的燈塔,發射出周期性脈沖信號,自轉周期也比較穩定,根據這些特點,我們可以把它看成測量宇宙時空的一個超高精準度時鐘。例如,我們在地球上開車,依靠天上的衛星給出定位。而浩瀚宇宙,一旦飛船飛進宇宙深處,望遠鏡、衛星不能直接觀測時,就需要依靠脈沖星提供準確時間,測算出某時某刻飛船抵達什么位置。 

  那為什么需要“天眼”來觀測脈沖星呢? 

  前面我們說到過,中子星的輻射很特殊,本身很暗,但是兩極的輻射束卻很強大,于是只能通過觀測輻射束來觀測它。而中子星的輻射束大多數都只射在電波段,所以只能用射電望遠鏡來觀測這些中子星。而且,即便是在可見光波段有輻射的脈沖星,由于它們發射脈沖的速度太快,人眼幾乎是不可能看到的,所以光學望遠鏡在這里很難發揮優勢。 

  天眼和其它太空望遠鏡有著本質的區別,太空望遠鏡依靠的是“看”,而天眼依賴的是超強的“聽力”。這是因為,射電輻射是天體無線電波段的輻射,而無線電波可以穿透宇宙中大量存在而光波又無法通過的星際塵埃物質。這樣一來,射電望遠鏡就可以透過星際塵埃,觀測更遙遠的未知宇宙了。它可以接收到來自140億光年以外的信號,并對信號源進行分析。所以,像脈沖星這類能夠發出強輻射的星體,就是驗證我國“天眼”實力的最好證據。 

  說到這里,我們已經了解了脈沖星的特殊性,以及天眼在脈沖星搜尋中的優勢。不過,在節目一開始,我們還提出了一個問題:脈沖星,為什么值得各個國家花這么大的代價去觀測呢?對于這個問題,從廣義上來說,它關乎著整個人類的未來。 

  到現在為止,脈沖星觀測已經獲得兩個諾貝爾獎,一是1967年發現第一課脈沖星,證實了中子星的存在;二是1974年發現雙脈沖星系統,為發現引力波理論奠定了基礎。 

  從諾貝爾獎上就能看出,脈沖星對宇宙研究的貢獻之大,還為各領域的星際研究提供了觀測的途徑。正是因為它質量大、自轉穩定、短脈沖等特點,導致它在天文學中有至關重要的地位。例如,我們可以通過觀測脈沖星來探測引力波,測量銀河系的磁場,發現宇宙中的暗物質等等。可以說,宇宙中除了黑洞以外,脈沖星也是一個不容小覷的家族。 

  當然,脈沖星的意義遠不止這些基礎物理的研究,比如前面提到的燈塔作用,如果我們能知道它的具體位置,就如同在宇宙中安插了燈塔和時鐘。理論上有4顆脈沖星,就能在宇宙中為我們定位。這對未來的星際探索、航天飛行都能有所助力,比如可以作為指引方向和控制時間的工具。 

  這樣看來,我國的天眼,在天體觀測任務中還是占有非常重要地位的。當然,宇宙中還有億萬的可能和萬一,等著人類去開發。所以,這不僅僅是天眼,更是全人類在宇宙探索當中邁出的堅實一步,為未來的星際旅程提供了支持。也許,不久之后的發現就能顛覆現在人類對宇宙的認知呢? 

  雖然射電望遠鏡不是我國第一個建造,脈沖星也不是人類第一次見,但是把它們放在一起,卻成就了我國天文學研究的驕傲。因為,這是我國大科學裝置建設的重大成功。 

  天眼,不是一個巨大的擺設,未來它一定會不斷的給我們帶來收獲和驚喜。而我國天文學偉大理想的實現,如果沒有科研工作者的奉獻和付出,沒有現今對脈沖星性質的扎實研究,是辦不到的。希望以后的日子里,我國“天眼”能在脈沖星研究中發揮越來越重要的作用。或許有那么一天,因為有這座現實版“紅岸基地”的存在,真的能收到地外文明的來信或拜訪,而不是因為無所準備,與我們擦肩而過。 

  好了,今天的科學故事我們就先講到這里。獲取更多精彩內容,您可以在手機微信客戶端搜索“feichangkexue”的拼音關注我們。下期節目再見。


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