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第57集 “天眼”与脉冲星

第57集 “天眼”与脉冲星 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-10   浏览数:
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  科幻小说《三体》中,女主人公所在的红岸基地,偶然收到一通来自外星文明的无线电波。其实,现实中也有接收宇宙无线电波的现实版红岸基地坐落在贵州省平塘县的大窝凼洼地 

  在上一期节目中,我们说到,这块洼地建造了世界最大单口径球面射电望远镜,也就是天眼借助这座望远镜,2017年10月10日国家天文台新闻发布会上说到“天眼”在南天银道面通过漂移扫描发现两颗脉冲星。这也是我国射电望远镜首次新发现脉冲星。那么脉冲星是什么星,天眼发现新脉冲星在天文学上有什么重大意义呢? 

  天眼”这两个字,我们时常在新闻报道中看到或听到,它指的是500米口径球面射电望远镜。它端坐在万山丛中,像一只凝视星空的硕大眼眸,它能一眼“看”穿137亿光年,所以被大家形象的称为天眼。 

  2016年9月25日,天眼工程顺利启用,“天眼睁开”,然而就在天眼启动运行一周年的前几天,2017年9月15日,我国“天眼”总工程师南仁东永远告别了这个世界。虽然英雄已落幕,但“中国天眼”已开,它正以独特的方式仰望星空。 

  搜寻和发现射电脉冲星是“天眼”的核心科学目标,这座望远镜不仅在尺寸规模上创造了新世界纪录,而且在灵敏度和综合性能上具备世界领先水平。换句话说,天眼现在以及将来的10-20年,都会保持世界一流设备的地位。所以,这座射电望远镜灵敏度的优势,被脉冲星研究人员寄以厚望有学者称呼它为脉冲星机器 

  宇宙中有很多不同的组成部分,例如恒星、行星以及卫星、星云等等,那么这个脉冲星是一种什么星?它是怎样形成的呢?为什么天文学家都以发现脉冲星引以为傲呢? 

  根据资料记载,人类最早发现宇宙中存在脉冲星是在1967年,当时英国科学家在十分偶然的情况中,探测到了一种从来没有被发现的射电辐射,这种辐射的出现很有规律,每过一定的时间都会出现一次脉冲。这个时间大约在1.34秒左右,于是,科学家就把这种脉冲的辐射源叫做脉冲星。 

  从字面意思上来说,脉冲星就是发射脉冲的星星,但和我们肉眼看到的闪闪的星星不一样。脉冲星是因为自身的辐射和运动的特性,会不停地闪烁。它是直径大约10到15公里之间,质量却比太阳还大的中子星。 

  人们也是后来才知道,脉冲星是特殊的中子星,由恒星演化和超新星爆发产生的。由于它的辐射束会周期性快速扫过地球,所以才会使地球上的我们看到一个个周期脉冲。了解脉冲星,可以帮助我们弄清楚星体坍缩时发生了什么情况,进一步揭示宇宙诞生和演变的奥秘。 

  脉冲星可谓宇宙中最神奇的天体之一,为什么这么说呢,因为它有与原子核差不多的高密度,天然的极端物理条件下的实验室;它还是“星际介质的探针”,能对星际介质、银河系磁场、引力波等目标进行研究。 

  脉冲星具有周期性脉冲属性,它就像茫茫宇宙中的灯塔,发射出周期性脉冲信号,自转周期也比较稳定,根据这些特点,我们可以把它看成测量宇宙时空的一个超高精准度时钟。例如,我们在地球上开车,依靠天上的卫星给出定位。而浩瀚宇宙,一旦飞船飞进宇宙深处,望远镜、卫星不能直接观测时,就需要依靠脉冲星提供准确时间,测算出某时某刻飞船抵达什么位置。 

  那为什么需要“天眼”来观测脉冲星呢? 

  前面我们说到过,中子星的辐射很特殊,本身很暗,但是两极的辐射束却很强大,于是只能通过观测辐射束来观测它。而中子星的辐射束大多数都只射在电波段,所以只能用射电望远镜来观测这些中子星。而且,即便是在可见光波段有辐射的脉冲星,由于它们发射脉冲的速度太快,人眼几乎是不可能看到的,所以光学望远镜在这里很难发挥优势。 

  天眼和其它太空望远镜有着本质的区别,太空望远镜依靠的是“看”,而天眼依赖的是超强的“听力”。这是因为,射电辐射是天体无线电波段的辐射,而无线电波可以穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃物质。这样一来,射电望远镜就可以透过星际尘埃,观测更遥远的未知宇宙了。它可以接收到来自140亿光年以外的信号,并对信号源进行分析。所以,像脉冲星这类能够发出强辐射的星体,就是验证我国“天眼”实力的最好证据。 

  说到这里,我们已经了解了脉冲星的特殊性,以及天眼在脉冲星搜寻中的优势。不过,在节目一开始,我们还提出了一个问题:脉冲星,为什么值得各个国家花这么大的代价去观测呢?对于这个问题,从广义上来说,它关乎着整个人类的未来。 

  到现在为止,脉冲星观测已经获得两个诺贝尔奖,一是1967年发现第一课脉冲星,证实了中子星的存在;二是1974年发现双脉冲星系统,为发现引力波理论奠定了基础。 

  从诺贝尔奖上就能看出,脉冲星对宇宙研究的贡献之大,还为各领域的星际研究提供了观测的途径。正是因为它质量大、自转稳定、短脉冲等特点,导致它在天文学中有至关重要的地位。例如,我们可以通过观测脉冲星来探测引力波,测量银河系的磁场,发现宇宙中的暗物质等等。可以说,宇宙中除了黑洞以外,脉冲星也是一个不容小觑的家族。 

  当然,脉冲星的意义远不止这些基础物理的研究,比如前面提到的灯塔作用,如果我们能知道它的具体位置,就如同在宇宙中安插了灯塔和时钟。理论上有4颗脉冲星,就能在宇宙中为我们定位。这对未来的星际探索、航天飞行都能有所助力,比如可以作为指引方向和控制时间的工具。 

  这样看来,我国的天眼,在天体观测任务中还是占有非常重要地位的。当然,宇宙中还有亿万的可能和万一,等着人类去开发。所以,这不仅仅是天眼,更是全人类在宇宙探索当中迈出的坚实一步,为未来的星际旅程提供了支持。也许,不久之后的发现就能颠覆现在人类对宇宙的认知呢? 

  虽然射电望远镜不是我国第一个建造,脉冲星也不是人类第一次见,但是把它们放在一起,却成就了我国天文学研究的骄傲。因为,这是我国大科学装置建设的重大成功。 

  天眼,不是一个巨大的摆设,未来它一定会不断的给我们带来收获和惊喜。而我国天文学伟大理想的实现,如果没有科研工作者的奉献和付出,没有现今对脉冲星性质的扎实研究,是办不到的。希望以后的日子里,我国“天眼”能在脉冲星研究中发挥越来越重要的作用。或许有那么一天,因为有这座现实版“红岸基地”的存在,真的能收到地外文明的来信或拜访,而不是因为无所准备,与我们擦肩而过。 

  好了,今天的科学故事我们就先讲到这里。获取更多精彩内容,您可以在手机微信客户端搜索“feichangkexue”的拼音关注我们。下期节目再见。


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