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FAST静候来自宇宙边缘的声音

时间:2016年07月07日 信息来源:中国青年报 点击: 【字体:

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  上图为2014年8月21日从FAST馈源舱处拍摄的天空(国家天文台FAST项目团队提供);下图为2016年6月28日从FAST馈源舱处拍摄的天空。新华社记者 欧东衢/摄

尽管还有两个月的时间FAST才能正式竣工,但这个位于中国西南山区的世界第一大单口径射电望远镜,早已按捺不住,在工程的最后冲刺阶段便摩拳擦掌——开始接收来自宇宙的信号。


7月3日,随着FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,即500米口径球冠状主动反射面射电望远镜)的最后一块“镜片”吊装完毕,其主体工程反射面单元系统——那口“大锅”宣告完工。


作为射电望远镜,FAST的基本原理和人们常见的锅式卫星天线相差无几,主要由反射信号的抛物面和接收信号的馈源两大部分组成,通过“锅”的反射聚焦,把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。只不过,FAST这口“锅”更大,接收面积相当于30个足球场——为接收更微弱的宇宙信号,也只有把天线锅造得更大。


如今“大锅告成”,科学家未来将在这口锅里炒出什么菜?那些人类用肉眼难以感受到的宇宙信号,又将给这个世界开启一扇怎样的窗户?备受关注的地外文明,能否通过这口大锅得以证实或证伪?


随着FAST又一工程节点走进公众视线,这些问题再次被提及。中国青年报·中青在线记者近日实地探访并采访相关专家试着解码这一“观天巨眼”。


已经接收到宇宙信号,但尚不能确认究竟是什么


按照FAST工程设计,洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面,反射面通过索网带动,可以在射电电源方向上形成300米口径的瞬时抛物面,使望远镜接收机可以同传统抛物面天线一样处在焦点上。


如今,反射面单元完工,用FAST工程总工艺师、中国科学院国家天文台研究员王启明的话说,就好比500米口径的“大锅”建成了,300米的“碗”可以在“大锅”里滚来滚去,以便接收宇宙信号。


事实上,FAST在此之前的调试过程中,就已经接收到一些信号——这口大锅的每一次调试,从某种意义上来说,都是一次信号“接收”的过程。FAST工程常务副经理、中国科学院国家天文台副台长郑晓年说,这也是大科学工程的特点,即边研究边制造,边调试边使用。


目前,科学家正在对这些一手的宇宙信号进行分析处理。郑晓年告诉记者,“现在还不能确认。要把背景的杂音过滤掉,看看它究竟‘听’到了什么。”


毕竟,处于调试阶段的“倾听”环境不够理想——FAST无法忍受一个充斥着电波的环境。中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东曾有一个形象的说法,不要说用手机,就算是附近使用电器,或者几十公里外有飞机向地面发送信息,在FAST那里都会造成一场电磁风暴。


为此,科学家们不得不把它的出生地选在贵州的偏远山区——平塘县克度镇金科村,一个名为大窝凼的“天坑”里。这里不通电线,没有大型工业,最近一个乡镇在5公里外。


郑晓年说,一旦FAST正式运行后,其方圆5公里将被划为无线电宁静区。这意味着,可以发射无线电信号的电子设备都将被禁止使用。对这口大锅来说,这将是一个极佳的观测环境。


“如果有人在月球上打手机,我们也是可以听到的。”郑晓年以此来形容FAST的灵敏度。从理论上来看,FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。


根据科研团队的设想,一旦FAST正式运行,其首要科学目标即是“观测脉冲星”。脉冲星是大质量恒星演化的最终产物——人类未来有望把脉冲星“改造”成星际导航,为宇宙飞船指明方向。


不过,目前已观测到的约2000颗脉冲星均在银河系内,郑晓年说,FAST将对准的是银河系外的脉冲星——这对天文界来说也将是一个突破。


寻找外星人?并非没有这个可能


号称“看得最远”“听力最灵敏”的这口大锅能收到遥远太空外星文明的信号吗?对这个很容易吊起大众胃口的话题,天文界并非没有议论。一种说法是——今后一二十年里,如果地球接收到外星人释放的信号,那一定有FAST的功劳。


在接受记者采访时,郑晓年也没有回避这个问题。他说,地外文明在天文学界本身还存有争论。毕竟,科学是讲究试验可验证的,但一些关于地外生命的可疑信号却均因没能重复而无法确认。


事实上,自上世纪30年代美国工程师意外发现了来自银河系中心的射电辐射,开启人类在传统光学观测之外这一新的天文窗口——射电天文观测之后,又过去了半个多世纪,但人类目前造出的射电望远镜收集到的能量还不够翻动一页纸。


不过,不管是科学界的切实研究,还是科幻界的异想天开,人类在探索未知宇宙的道路上,从未停下前行的脚步。


刚刚完成主体工程的FAST就是一只备受期待的“灵敏大耳朵”。FAST工程总经理、中国科学院国家天文台台长严俊说, 与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,FAST灵敏度提高约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。


在FAST最后一块“镜片”的吊装现场,作为受邀来现场观摩的嘉宾,科幻作家刘慈欣对眼前的这个大家伙感到“很震撼”。这让他想到了自己的作品《三体》里中国探寻外星文明的绝秘计划——“红岸工程”。


不少年轻的科学爱好者会把FAST与“红岸工程”相提并论,对此,刘慈欣表示,两者并不相同——FAST只用来接收信号而不能向外界主动发射信号,这说明现实中的人类在设计上相对谨慎。他十分期待有一天人类可以通过FAST接收到外星信号。


7月2日,郑晓年接受记者采访时表示,寻找地外生命的确是FAST的一个目标所在,不过,它更像是排在菜单末尾的甜点。在天文学家眼中,FAST试图回答的是更久远的问题,比如宇宙演化、脉冲星探测和星际分子。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。


“许多人类探索宇宙的未解之谜,都有望从它身上找到答案。但究竟能看到什么,在科学研究出来之前,一切都不好说。”郑晓年说。


FAST所在的射电天文学已是诺奖的摇篮


与光学望远镜相比,射电望远镜有不少优势,比如,无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃,因而射电望远镜可以观测更遥远的未知宇宙。


这也让FAST所在的射电天文学领域处于天文研究的前沿地带,并成为诺贝尔奖的摇篮。据了解,在诺贝尔奖历史上,明确基于天文观测的10项获奖成果中,有6项出自射电望远镜。


按照严俊的说法,全新的设计思路,加上得天独厚的台址优势,使FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式,并将在未来20年至30年保持世界一流设备的地位。


那么,FAST未来如何运行,是否会向国际同行开放共享的问题也备受关注。FAST工程办公室主任张蜀新透露,FAST正式投入运行后,将有包括科学委员会、时间分配委员会和用户委员会等机构来进行其科学目标和应用的管理。


具体来说,科学家如果有科研需求,可以向科学委员会提出申请,说明研究目标,研究内容以及研究观测方法等,通过科学委员会评审后方可进行。


张蜀新还表示,FAST将向全球开放,但也会遵循国际惯例,优先选择本国科学家的项目。郑晓年也表示,通过观测更深远、更清晰的宇宙,无论是在最热的脉冲星领域,还是在引力波探测方面,FAST都将为中国科学家带来前所未有的机遇。


在“看得见”的应用上,随着FAST的建成,也能够将我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系边缘,将为我国火星探测等深空研究奠定重要基础。


按照计划,FAST将在今年9月正式竣工,随后进入全系统的调试阶段。


今天,也就是FAST主体完工的第二天,这口“大锅”方圆5公里内的通信基站都将暂时关闭一天——新的一次调试开始了,这也意味着,FAST将有可能迎来一批新的宇宙信号。


(作者:佚名)
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