张开“天眼”看宇宙

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1、张开“天眼”看宇宙　　2016年9月25日，“中国天眼”FAST即将在贵州平塘正式竣工并投入使用。这一天文学盛事，掀起了大众对寻找地外文明的热议。　　而在中科院国家天文台副台长郑晓年看来，“寻找地外生命，的确是FAST的一个目标所在，但它更像是排在菜单末尾的甜点。FAST试图回答的，是更久远的问题，比如宇宙演化、脉冲星和星际分子，它将帮助解开宇宙初始混沌、暗物质分布与大尺度结构以及星系演化等领域的谜团。”　　那么，FAST将如何解答这些谜题？　　FAST谜题之寻找地外文明　　FAST，全称“500米口径球面射电望远镜”，是目前世界最大的单口径球面射电望远镜，它的灵敏度与号称“地面最大机

2、器”的德国波恩100米射电望远镜相比，提高了约10倍；综合性能与“人类20世纪10大工程”之首的美国阿雷西博305米射电望远镜相比，同样提高了约10倍。　　“这意味着，它建成后将成为中国天文学研究的‘利器’，在未来20～30年保持世界一流设备的地位。”郑晓年解释说。　　中科院国家天文台研究员、FAST工程经理部副经理彭勃则表示：“由于灵敏度更高，FAST能看到更远、更暗弱的天体，通过探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号，寻找地外文明的几率比现有设备提升了5～10倍。”6　　那么，FAST是怎样寻找地外文明的？　　答案是，通过一种波――一种肉眼看不见的无线电波。　　和光学望远镜主要通过可

3、见光来观测宇宙不同，射电望远镜主要观测的是无线电波。由于无线电波能穿透宇宙中大量存在、且光波无法通过的星际尘埃，因而射电望远镜的“视力”要比光学望远镜强得多。　　正因为如此，自1932年射电望远镜问世后，便开启了探索宇宙的黄金时代――20世纪60年代，天文学四大发现类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射，都与射电望远镜有关；诺贝尔奖历史上10项天文学奖中，有6项都基于射电望远镜的观测成果，射电天文学也因此成为“诺贝尔奖的摇篮”。　　不过，来自太空的无线电信号非常微弱，有天文学家形象地比喻：“把80余年来所有射电望远镜收集的能量集中起来，甚至翻不动一页纸。”因此，要想阅读更多的宇

4、宙信息，就需要“视力”更强的射电望远镜。　　而这一“视力”的灵敏度与口径的平方成正比，可探测范围与口径的三次方成正比――总之，口径越大，射电望远镜的“视力”就越强。　　据郑晓年介绍，直径500米的FAST理论上能接收到137亿光年以外的电磁信号，这一距离，已接近宇宙边缘。　　也就是说，如果宇宙中真的存在地外文明，FAST就极有可能捕捉到相关信号，从而揭开这些“星际邻居”的神秘面纱。　　FAST谜题之探秘宇宙大爆炸　　“FAST最主要的两大科学目标，是巡视宇宙中的中性氢和观测脉冲星。”中科院国家天文台FAST工程总工艺师王启明介绍说。6　　中性氢，这是什么东西？探测它有什么用？　　实际上

5、，中性氢与大众耳熟能详的一个词――“宇宙大爆炸”有关。　　我们知道，宇宙起源于137.4亿年前的一次大爆炸。但是，由于此前科学家很难将观测延伸到如此久远之前，关于大爆炸的细节，尤其是爆炸之初最为重要的60秒里发生的剧变，至今尚无明确答案。　　幸运的是，宇宙中还有一位与大爆炸几乎同龄的“老人家”――中性氢。　　中性氢能辐射出21厘米氢谱线，它能穿越宇宙尘埃、暗云等星际物质，因此能用于研究星际中性氢原子分布、银河系和河外星系结构，帮助人们解开宇宙大爆炸之谜。　　但是，由于21厘米氢谱线的信号极其微弱，“阅读”它需要非常灵敏的望远镜，比如我们的FAST。　　实际上，为了提高灵敏度，FAST采

6、取了非常严苛的“毫米标准”。　　“FAST的目标，是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里，如果不这样，就无法监听到宇宙中微弱的射电信号，”王启明介绍说，“因此，FAST500米口径的巨大结构，处处都是头发丝般的毫米级精度要求。用来编织索网的上万根手臂般粗细的钢缆，每一根的加工精度都被控制在1毫米以内；天线精度是3毫米，每一块小面板的制造精度是1.5毫米。”　　此外，由于FAST采用了光机电一体化的馈源平台，加之馈源舱内的并联机器人二次调整，它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下，可实现毫米级指向跟踪，精确聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。6　　那么，FAST的灵敏度到底有多高

7、？王启明打了个比方：“假设你在月球上打电话，FAST也能探测到你的信号。”　　FAST谜题之星际旅行导航　　FAST的另一大科学目标，是观测脉冲星。　　脉冲星是高速自转的中子星，具有极其稳定的周期性，是宇宙中最精准的“天文时钟”。因此，它能成为星际航行的“灯塔”，为宇宙飞船提供自主导航信息服务。　　“从射电望远镜诞生至今，人类共发现了约2500颗脉冲星，如果FAST的工作时间全部用于观测脉冲星，它一年内就有望将这个数量翻倍。”彭勃说。　　而且，