3月31日0時(shí)起，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST將正式向全世界開(kāi)放，向全球科學(xué)家征集觀測(cè)申請(qǐng)。本次征集為自由申請(qǐng)項(xiàng)目觀測(cè)申請(qǐng)，單個(gè)申請(qǐng)項(xiàng)目觀測(cè)時(shí)間不超過(guò)100小時(shí)，預(yù)計(jì)分配給國(guó)外科學(xué)家的觀測(cè)時(shí)間占10%左右，約為450個(gè)小時(shí)。
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中國(guó)天眼向全球開(kāi)放，科學(xué)家能找到外星文明嗎？
地球是人類(lèi)的搖籃，但是人類(lèi)不能永遠(yuǎn)生活在搖籃里。
—— 康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（蘇聯(lián)科學(xué)家，現(xiàn)代航天學(xué)和火箭理論的奠基人，航天之父）
中國(guó)貴州，一只碩大無(wú)比的「天眼」，正靜靜躺在黔南布依族苗族自治州的喀斯特洼坑中，好奇地打量著宇宙。
500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡中國(guó)「天眼」
它是個(gè)四歲多的娃娃，卻有著強(qiáng)大的「軀體」，由主動(dòng)反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測(cè)量與控制系統(tǒng)、接收機(jī)與終端及觀測(cè)基地等幾大部分構(gòu)成，是一臺(tái) 500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，面積相當(dāng)于 30 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的足球場(chǎng)。
它的爸爸是中國(guó)天文學(xué)家南仁東先生。1994 年，南仁東先生提出建設(shè)構(gòu)想。歷時(shí) 22 年，「天眼」于 2016 年 9 月 25 日落成啟用，是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。
日前，中國(guó)向世界宣布，「天眼」將于 2021 年 3 月 31 日正式對(duì)全球科學(xué)界開(kāi)放，為人類(lèi)外空命運(yùn)共同體提供貢獻(xiàn)和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。
這只眼睛能看什么？
眼睛，當(dāng)然是用來(lái)看「光」的。
人類(lèi)之所以能看到東西，是因?yàn)殡姶挪ㄟM(jìn)入了我們的眼睛，而可見(jiàn)光，就是電磁波里很小的一部分波段。
同時(shí)，還有很多波段的電磁波僅憑肉眼看不到，這些電磁波攜帶了大量信息，其中涵蓋了大量極其重要的天文研究對(duì)象，比如射電星系、類(lèi)星體、脈沖星和宇宙微波背景輻射等等，這就需要借助「天眼」一類(lèi)的射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)接收、分析這些信號(hào)。
可見(jiàn)光只占電磁波里很小一部分. 圖片來(lái)自：維基百科
「天眼」工程總工程師兼首席科學(xué)家南仁東介紹，借助「天眼」，人類(lèi)可以做很多事：
1.
可以將中性氫觀測(cè)延伸至宇宙邊緣，觀測(cè)暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代天體
2.
能用一年時(shí)間發(fā)現(xiàn)約 7000 顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律
3.
有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)
4.
發(fā)現(xiàn)中子星 —— 黑洞雙星，無(wú)需依賴(lài)模型精確測(cè)定黑洞質(zhì)量
5.
通過(guò)精確測(cè)定脈沖星到達(dá)時(shí)間來(lái)檢測(cè)引力波
6.
作為最大的臺(tái)站加入國(guó)際甚長(zhǎng)基線(xiàn)網(wǎng)，為天體超精細(xì)結(jié)構(gòu)成像
7.
可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實(shí)現(xiàn)銀河系外第一個(gè)甲醇超脈澤的觀測(cè)突破
8.
用于搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號(hào)，尋找地外文明
睜眼看宇宙，成果有幾何？
在宣布向全球科學(xué)家開(kāi)放前，「天眼」已投入運(yùn)行幾年，成果頗豐。
2017 年 10 月，「天眼」發(fā)現(xiàn) 2 顆新的脈沖星，一個(gè)脈沖星距離地球 1.6 萬(wàn)光年，自轉(zhuǎn)周期為 1.83 秒，被命名為 J1859-01。另一顆距離地球約 0.41 萬(wàn)光年，自轉(zhuǎn)周期為 0.50 秒，命名為：J1931-01。
2017 年 12 月，「天眼」再次發(fā)現(xiàn) 3 顆脈沖星。截至目前，「天眼」共發(fā)現(xiàn)了超過(guò) 240 顆脈沖星?！柑煅邸乖诙潭虄赡陜?nèi)發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量，超過(guò)同期歐美多個(gè)脈沖星搜索團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的數(shù)量總和。
脈沖星假想圖. 圖片來(lái)自：天文在線(xiàn)
2020年，4 篇論文同時(shí)在著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表，發(fā)現(xiàn)并論證了一個(gè)河內(nèi)快速射電暴 FRB 200428 起源于磁星 SGR 1935+2154，為「快速射電暴源于磁星」這一理論猜測(cè)增添了有力的證據(jù)。其中一篇論文正是基于「天眼」的觀測(cè)成果。
天眼的意義在哪里？
2020 年 4 月，「天眼」觀測(cè)時(shí)間分配委員會(huì)開(kāi)始向國(guó)內(nèi)天文界征集自由申請(qǐng)項(xiàng)目，半年多來(lái)接到 170 余份申請(qǐng)，申請(qǐng)的總時(shí)間約 5500 個(gè)小時(shí)，實(shí)際批準(zhǔn) 1500 個(gè)機(jī)時(shí)，只有 30% 能得到支持，競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。
2021 年 1 月，中國(guó)宣布「天眼」向全球科學(xué)家開(kāi)放后，在科學(xué)界引起了熱議，許多國(guó)家的科研團(tuán)隊(duì)和科學(xué)家立即發(fā)出了申請(qǐng)，但最終中國(guó)只能盡量騰出約 10% 的觀測(cè)時(shí)間用于共享。
由此可見(jiàn)，「天眼」的意義有多么重大。而它之所以含金量如此高，是因?yàn)樗挠^測(cè)數(shù)據(jù)是人類(lèi)邁入太空更深處的基礎(chǔ)。
1.繪制宇宙精確「地圖」
細(xì)心的你應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了，脈沖星這個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)了很多次。在說(shuō)它前，我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)航海。
如果你開(kāi)著一艘船在茫茫大海上航行，沒(méi)有地圖，沒(méi)有指南針，沒(méi)有定位系統(tǒng)，能不能到達(dá)目的地只能靠運(yùn)氣。
但如果你有一個(gè)定位系統(tǒng)，一切都變得格外輕松，你知道航線(xiàn)是怎么樣的，目前自己在哪個(gè)位置，接下來(lái)要精確地往哪里航行等等。
想象一下，如果你開(kāi)著一艘恒星級(jí)飛船，從太陽(yáng)系出發(fā)，到 4 光年外的另一顆恒星系去，能靠什么定位？
沒(méi)有辦法精準(zhǔn)定位。
和平面導(dǎo)航不同，太空導(dǎo)航?jīng)]有東西南北上下之分. 圖片來(lái)自：Guillermo Ferla（Unsplash）
太陽(yáng)不過(guò)是宇宙億萬(wàn)恒星中普通得不能再普通的一顆星星，僅靠太陽(yáng)定位的后果只有一個(gè)，你會(huì)永遠(yuǎn)迷失在宇宙中。
「天眼」重點(diǎn)觀測(cè)和尋找的脈沖星，就是目前已知最好的宇宙級(jí)定位參照物。
正如地球有磁場(chǎng)一樣，恒星也有磁場(chǎng)；也正如地球在自轉(zhuǎn)一樣，恒星也都在自轉(zhuǎn)著；還跟地球一樣，恒星的磁場(chǎng)方向不一定跟自轉(zhuǎn)軸在同一直線(xiàn)上。這樣，每當(dāng)恒星自轉(zhuǎn)一周，它的磁場(chǎng)就會(huì)在空間劃一個(gè)圓，而且可能掃過(guò)地球一次……要發(fā)出像脈沖星那樣的射電信號(hào)，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)。而只有體積越小、質(zhì)量越大的恒星，它的磁場(chǎng)才越強(qiáng)。而中子星正是這樣高密度的恒星，只有高速旋轉(zhuǎn)的中子星，才可能扮演脈沖星的角色。
地球自轉(zhuǎn)一周要二十四小時(shí)，脈沖星的自轉(zhuǎn)周期卻可以小到 0.0014 秒，于是它的超強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)射出周期性脈沖信號(hào)，看上去就像高速一閃一閃的燈塔，由于自轉(zhuǎn)周期極其穩(wěn)定，成為人類(lèi)測(cè)量宇宙時(shí)空的超高精準(zhǔn)度時(shí)鐘。
脈沖星高速自轉(zhuǎn)，超強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)射出周期性脈沖信號(hào)，成為「宇宙燈塔」. 圖片來(lái)自：維基百科
蟹狀星云脈沖星的X射線(xiàn)/可見(jiàn)光波段合成圖像. 圖片來(lái)自：維基百科
如果飛船進(jìn)入了宇宙深處，望遠(yuǎn)鏡和衛(wèi)星不能直接觀測(cè)時(shí)，就可以依靠脈沖星測(cè)算位置，探明的脈沖星數(shù)量越多，定位將越準(zhǔn)確。
這就是「天眼」重大的意義之一，它正在繪制宇宙精確地圖，雖然只是一個(gè)小小的開(kāi)始，但影響足夠深遠(yuǎn)。
2.探索宇宙起源
人類(lèi)自開(kāi)蒙以來(lái)，一直在思考一個(gè)問(wèn)題：我們從哪里來(lái)?！柑煅邸咕陀兄谔剿鬟@個(gè)問(wèn)題。
「天眼」可以巡視宇宙中的中性氫。氫聚變產(chǎn)生的能量點(diǎn)亮了恒星，太陽(yáng)因此發(fā)出了光和熱，造就了地球這個(gè)人類(lèi)生命的搖籃。
星系中的氫元素除了形成恒星，還有一部分會(huì)剩下來(lái)，以中性氫原子形式存在，稱(chēng)之為中性氫。
科學(xué)家繪制的宇宙中性氫地圖. 圖片來(lái)自：Rose Latoz（SCINEWS）
通過(guò)對(duì)比較原始的星際氣體的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在銀河系和許多河外星系中，輕元素氦的同位素氘相對(duì)于氫的數(shù)量基本上是均勻分布的。這和許多重元素的非均勻分布形成了鮮明的對(duì)照。
據(jù)科學(xué)家推測(cè)，宇宙大爆炸后最初幾分鐘內(nèi)預(yù)期出現(xiàn)的高溫高密狀態(tài)極易導(dǎo)致輕元素的合成，而重元素則是在眾多的恒星內(nèi)核深處合成，直到發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)才大量散布開(kāi)來(lái)的，它們相對(duì)于氫的數(shù)量不會(huì)是均勻分布的。
國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)鄭曉年指出，研究宇宙中的中性氫可以「研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化」。
3.探索地外文明
小說(shuō)《三體》中，三體人用二維展開(kāi)的質(zhì)子包住地球，偽造了宇宙背景微波輻射的閃爍，以此向人類(lèi)證明存在地外文明且科技水平遠(yuǎn)超人類(lèi)。
「天眼」就能觀測(cè)到宇宙微波背景輻射，但是宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸的產(chǎn)物，太雜太亂。
根據(jù)宇宙大爆炸理論，最初的宇宙非常小，聚集著極高密度的物質(zhì)和能量，溫度非常高。宇宙大爆炸后，即便空間膨脹了非常久，當(dāng)年的熱量也不會(huì)完全消散掉，還有殘留的熱量，均勻地分布在整個(gè)宇宙中，就是宇宙微波背景輻射。
宇宙大爆炸假想圖. 圖片來(lái)自：維基百科
「天眼」要做的，就是從海量雜亂的宇宙微波背景輻射中，甄別篩選出暫時(shí)不符合科學(xué)認(rèn)知的、奇異的、無(wú)規(guī)律的、明顯加工過(guò)的信號(hào)，看看這些信號(hào)是否由地外文明發(fā)出，以此間接推測(cè)地外文明的存在。
2019 年初，加拿大 CHIME 望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)宣布第二次發(fā)現(xiàn)重復(fù)的快速射電暴（FRB）。當(dāng)時(shí)有天文學(xué)家指出，雖然暫時(shí)無(wú)法確認(rèn)這種現(xiàn)象的成因，但并不能排除這種信號(hào)是由地外文明所發(fā)出的可能性。
地球很好，為什么還要探索宇宙？
人類(lèi)如果決定深入宇宙繼續(xù)進(jìn)化，這種難度不亞于當(dāng)年我們的祖先從海洋爬上陸地，一步踏錯(cuò)，可能遭致滅頂之災(zāi)。
但如果不踏出這一步，人類(lèi)將永遠(yuǎn)失去更進(jìn)一步的可能，就像我們祖先當(dāng)年一樣。
人類(lèi)進(jìn)入文明社會(huì)以來(lái)，資源矛盾一直是不斷催生經(jīng)濟(jì)危機(jī)和引發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)的根本原因，每次技術(shù)爆炸都是在不斷釋放資源的潛力，不過(guò)資源總有開(kāi)發(fā)利用的極限，再加上人類(lèi)數(shù)量、壽命和人均資源消耗仍在不斷提升，資源緊張帶來(lái)的危機(jī)只會(huì)一次比一次快，一次比一次深。
諾曼底登陸. 圖片來(lái)自：維基百科
愛(ài)因斯坦曾預(yù)言，第四次世界大戰(zhàn)的武器將是石頭，可見(jiàn)緩解資源矛盾的迫切性和重要性。
目前探明，光是月球一個(gè)衛(wèi)星，都有極為豐富的礦產(chǎn)資源和大量的氦 3，通過(guò)利用氘和氦 3 可進(jìn)行氦聚變，作為核電站的能源。
因此，向宇宙深處進(jìn)發(fā)是人類(lèi)的必然選擇，大量資源正等待人類(lèi)挖掘，借助「天眼」，我們可以打好前期基礎(chǔ)，讓后人走得更遠(yuǎn)。
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