中國天眼第一次 “看見”脈沖星

10月10日，中國科學院國家天文臺宣布，500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）經過一年緊張調試，已實現指向、跟蹤、漂移掃描等多種觀測模式的順利運行，并確認多顆新發現脈沖星。

脈沖星家族首次有了“中國星”

這是我國的天文設備第一次發現脈沖星，實現了該領域“零的突破”。自1967年發現第一顆脈沖星以來，過去的50年里，人類發現的脈沖星家族至少有2700個成員了。

國家天文臺公布了這2顆脈沖星的具體信息：前者自轉周期為1．83秒，距離地球約1.6萬光年，后者自轉周期為0.59秒，距離地球約4100光年，分別由“中國天眼”于今年8月22日、25日在南天銀道面通過漂移掃描發現。

這只是“中國天眼”的部分發現。“天眼”工程副總工程師李菂介紹，“天眼”調試進展超過預期，目前已探測到數十個優質脈沖星候選體，其中6顆通過國際認證。

據科學家介紹，脈沖星是一種高速自轉的中子星，由恒星演化和超新星爆發產生。它的密度極高，每立方厘米重達上億噸，一塊方糖大小就相當于地球上一萬艘萬噸巨輪的重量。脈沖星自轉速度很快、自轉周期精確，是宇宙中最精準的時鐘。正因如此，脈沖星會發射一斷一續的周期性脈沖信號，就好比轉動的燈塔發出忽明忽暗的光。

這一特殊“本領”，讓脈沖星在計時、引力波探測、廣義相對論檢驗等領域具有重要應用。李菂說，脈沖星具有在地面實驗室無法實現的極端物理性質，對其進行研究有望得到許多重大物理學問題的答案。譬如，脈沖星的自轉周期極其穩定，準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。

“通過對快速旋轉的射電脈沖星進行長期監測，選取一定數目的脈沖星組成計時陣列，就可以探測來自超大質量雙黑洞等天體發出的低頻引力波。”李菂說。

調試一年出成果

“天眼”的最初構想來自已故天文學家南仁東。從1994年提出設想，到2016年正式啟用，22年間，南仁東和他的團隊全力推動著這個看似不可思議的世界級項目。

設計和結構均無先例可循，“天眼”前期調試遇到巨大困難。“天眼”工程總工藝師王啟明說，各系統一開始專注于設備跟蹤維護，系統內調試看起來都沒問題，但各系統聯調后，系統間的通信、算法的統一、安全協調等一系列問題逐步暴露出來。聯調期間，“天眼”人的工作狀態基本上是白天分頭干活，晚上集中開會商討，連夜改程序，第二天又接著試新方案，反復調到最優。在“天眼”落成啟用后的380個日日夜夜里，除非停電，總控機房總是二十四小時無休。白天，工程團隊和施工方的人員集中進行調試；晚上，科研人員會把面型固定好，讓其指向一個特定的天區，通過地球自轉，讓天空從望遠鏡上方漂移掃描過去。

李菂說，漂移掃描方式在脈沖星搜索上很少被運用，但調試期間只能用這種方式，為此，科研人員不僅需要重新設計軟件，數據處理上也要付出更多勞動，但最終結果是令人振奮的，“天眼”每次掃描都能獲得一到兩個高質量的脈沖星候選體。

國家天文臺研究員、“天眼”工程副經理彭勃說，國外同類大型射電望遠鏡建成后一般需要3年至5年的調試階段，而“天眼”調試了一年就獲得了初步成果。

“天眼”將主導未來宇宙天圖

在“中國天眼”之前，地球上所有望遠鏡都只能看見銀河系里的脈沖星。

隨著“中國天眼”加入射電望遠鏡家族，科學家預測，人類發現的脈沖星家族有望擴員一倍，而且會看見河外星系的脈沖星，或者看見圍繞黑洞的脈沖星。

中外科學家都期待“天眼”的發現從量變轉為質變。“天眼”若能第一個捕獲河外星系脈沖星，將具有開創性意義。李菂和他的研究小組已經在為觀測河外星系脈沖星做技術上的準備，最早于明年初會進行嘗試。

首位發現脈沖星的天文學家喬瑟琳·貝爾今年早些時候參觀了“中國天眼”，她期待這座世界最大的射電望遠鏡能發現更多微弱、遙遠、獨特的脈沖星，包括發現圍繞黑洞旋轉的脈沖星。

對于觀測范圍可達已知宇宙邊緣的“天眼”來說，發現脈沖星只是使命之一，未來，它還將在中性氫觀測、譜線觀測、尋找可能的星際通訊信號等方面大放異彩。

宇宙大爆炸學說認為，中性氫是宇宙中幾乎與大爆炸同齡的“老人家”，觀測和研究中性氫的分布，能幫助科學家進一步弄清銀河系和河外星系的結構，解開宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之謎。“‘中國天眼’將通過巡視宇宙中的中性氫，繪制出最新最大的標準宇宙天圖。”國家天文臺“天眼”項目高級博士后MarkoKrco（馬可）說。

“中國天眼”甚至還能“監聽”宇宙中可能存在的外星文明發出的無線電波。澳大利亞科學及工業研究院Parkes望遠鏡科學主管喬治·霍布斯說，Parkes望遠鏡目前有20%的時間分配給了“尋找外星人”，但仍一無所獲，“中國天眼”看得更遠，說不定將來會有令人振奮的消息。

熱點評論

讓“天眼”的視線不斷延伸

脈沖星是高速自轉的中子星，由巨大的恒星爆炸后所形成。它是一種自轉周期極其穩定的星體，被稱為宇宙中最精準的時鐘，可以為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供理想工具。10月10日中國天文設備首次發現脈沖星，實現了 “零的突破”。有國際同行表示，“中國天眼”的調試以及逐漸產出成果，是目前國際天文學界最激動人心的事件之一。

已故的“天眼之父”南仁東研究員說過：“天眼”是為“下一代天文學家準備的觀測設備”。發現脈沖星只是“中國天眼”調試初期的部分成果。未來，要讓“天眼”的視線在一代代科研人員肩膀上繼續延伸。

“中國天眼”在20年內都有望保持世界一流望遠鏡的地位。從此刻起，“中國天眼”將開啟中國射電天文學10年至20年的“黃金期”。“中國天眼”取得首批成果，是一縷曙光，預示著一個天文大發現的時代或將到來。未來二三十年內，世界將迎來新一輪科技革命與產業革命。物質結構、宇宙演化、生命起源等基本科學問題正在孕育重大突破，新前沿新方向正在開辟。中國正在果敢地擔負起為全人類探索和扣問廣袤未知的使命，一代代接續奮斗，向浩渺宇宙探求新知。