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天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

科普小知识2022-07-09 14:42:01
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说到天文学家,我们可能会看到一些用双筒望远镜仰望我们脑海中星空的神秘图像。但是在中国科学院国家天文台,有一群年轻人总是围着一个“大罐子”转。这个大锅叫FAST,它的全称是500米球形射电望远镜,也被称为“中国之眼”。如果光学望远镜在看,无线电望远镜更像是在听:竖起耳朵等待好消息。作为世界上最大的单孔径和最灵敏的射电望远镜,自一年多前建成并投入试运行以来,已经发现了九颗脉冲星并得到了它的认证。这群年轻的天文学家是那些用“天眼”追逐恒星的人。

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

这是一段由脉冲星信号映射的声音制成的音乐。国家天文台的研究人员将两颗脉冲星的旋转周期减慢了80倍,将脉冲星的信号振幅转换成声音强度。甚至脉冲星中的敲击声和鼓声都来自脉冲星的频率。

潘志琛第一次听到这个声音的时候还在学校。他一直期待着何时能找到脉冲星,并仔细聆听来自外太空的梦幻声音。去年八月,他终于听到了他正在寻找的脉冲星的秘密语言。

国家天文台助理研究员潘志琛:如果你像这样听到它,它是极其丑陋的。第一个反应是它听起来怎么样。但是你想了想,认出了它,你自己找到了它。

理想很丰富,现实有点单调。作为一名从小就渴望寻找外星人的天文学家,潘志琛在2011年从电子系毕业后被天文研究生院录取。他愉快地完成了博士学位。在他可以坐在国家天文台的凳子上进行光谱线研究之前,他被带到电脑前寻找星星。在电脑的另一边,有一个巨大的望远镜。

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FAST,500米球形射电望远镜的全称,这样一个大“锅”可以实时调整它的反射面,准确地将信号反射到一个点,并在宇宙深处收集和探测微弱的无线电信号。然而,FAST仍处于调试阶段,但接收低频电磁波已经非常准确。此时,发射低频波的脉冲星已经成为观测的主要目标。由于自转周期非常稳定,脉冲星的精确时钟信号可以作为引力波探测甚至星际导航的理想工具。

国家天文台助理研究员雷倩:哪里有恒星,哪里就会有高能粒子的辐射,哪里更危险,脉冲星可以用作导航。如果我们的旅程是一片星海,当我们要离开地球时,我们需要知道我们周围天体的分布,这样我们就可以有一张星际空间航行图。

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不仅如此,脉冲星也是理想的天体物理实验室。它们快速旋转,同时有节奏地脉动,就像旋转的灯塔。当灯塔发出的光扫过地球时,地球可以接收到信号。现在,FAST每秒采样5000次,并将这些数据上传到服务器。一天晚上,潘志琛和他的同事面对超过10 TB的数据和超过30000个信号图。他们将使用大数据模型来分析和寻找具有脉冲星特征的候选者。

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

国家天文台助理研究员潘志琛:我一天能看到一万多张照片,但这是人类的极限。我盯着屏幕,努力看,创造奇迹。

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

FAST不同于大家以前接触过的传统双筒望远镜,没有成熟的经验可供借鉴。起初,没有人知道它发现的脉冲星信号特征是什么,也没有人敢去筛选它们,所以每个人都必须努力寻找。潘志琛到处都带着电脑。隔壁办公室的雷倩也蹲在外面看照片,当时他正陪着他的爱人去做产前检查。去年八月,雷倩正在产房外画画,突然他发现了一个非常明显的信号。一条黑线忽隐忽现,就像一颗星星从他眼前闪过。

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

国家天文台助理研究员雷倩:脉冲星(信号)太强了。我一眼就能看出它一定是脉冲星,只是说我不知道它是已知的脉冲星还是未知的脉冲星。

雷倩尽快给潘志琛打电话,以防万一。他们使用德国射电望远镜进行联合观测,最终证实这是一颗从未被发现的脉冲星。这条微弱的黑线来自17000光年以外的声音。

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

整个地球接收到的来自宇宙的无线电信号的能量加起来还不足一页书,但是那些来自外太空的低语,因为FAST开始被倾听和捕捉。正如总工程师石成-南·任栋所写的那样,它笔直地矗立着,从远处看去:“感觉上的和平、寂静、美丽的宇宙和空间,带着它的神秘和壮丽,召唤我们穿越平庸,进入它的浩瀚。”

国家天文台助理研究员:南老师()90年代初,我还在上小学甚至幼儿园的时候,他就开始思考望远镜的问题。经过这么多年,我们终于在这里建造了望远镜,现在我可以享受数据了。现在我们有这么大的望远镜,我们需要先好好利用它,但我们需要好好利用它。光是这句话,我就觉得对我们来说是一件非常沉重的事情。

在FAST完成并投入试运行一年多后,已经发现并认证了九颗脉冲星,潘志琛用自己的脚本发现了其中一半以上。雷倩写了一个程序来计算望远镜的指向,并和他的同事一起生成了一个30年的快速反射面板的变形轨迹。到目前为止,FAST已经积累了超过1500小时的试验观察时间。对于每一次扫描,研究人员不仅需要重新设计软件,还需要毫不延迟地快速处理大量数据。潘志琛说,FAST已经成为他最亲密的合作伙伴。他每天一大早就打开电脑看它发送的信息,就像昨晚和自己分享看星星的经历一样。

记者:漂亮吗?

天眼背后的“追星人”:我们的征途是星辰大海

国家天文台助理研究员潘志琛:它不仅美丽,还是一种生物。它有时会告诉我哪里可能有新的信号,可能是脉冲星,有一天它会告诉我那里有很多干扰。你必须想办法通过调整望远镜来知道宇宙在对我们说什么。

潘志琛总是说他很幸运。这些平均年龄不到30岁的研究人员可以拥有如此令人垂涎的望远镜来追求他们的天文理想。在这个大家伙的另一边,静静地看着,会不会有另一个朋友也试图向我们挥手,并发出一个奇怪的信息?

国家天文台助理研究员潘志琛:我们是否是宇宙中唯一的人,或者我们是否有一天能看到相似的生命甚至智慧生命,这很难说。对于科学来说,既然你不能证明它不存在,那么你可以试着想象如果它存在会是什么样子,现在我自己可能开始寻找答案。