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[宇宙物理] FAST即将正式开放 有望描绘早期宇宙图景

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逢君一笑 发表于 2019-3-10 00:07:32 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
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500米口径球面射电望远镜(FAST)

尽管远在贵州省黔南州平塘县的深山里,但有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(FAST)一直以来都备受瞩目。

“最近我们和天马望远镜团队合作,首次成功实现联合观测,这标志着FAST具备了联合组网观测的能力。” 中国科学院国家天文台FAST总工程师、研究员姜鹏日前在接受科技日报记者专访时说道。

天马望远镜是国内最大的全可动射电望远镜。在姜鹏看来,两台望远镜联合观测成功意义重大,有望进一步提升我国VLBI(甚长基线干涉测量)网的灵敏度水平,有助于科学家们开展高灵敏度、高分辨率的射电天文观测。

目前,FAST工程团队还在紧锣密鼓地开展相关调试工作,为即将到来的国家验收做准备。建成以来,FAST取得了哪些进展?未来有望在哪些领域帮助科学家取得突破?记者就此采访了相关专家。

实现“零的突破” 找到55颗新脉冲星

2016年9月,FAST在贵州竣工。从一个想法,到最终落成,FAST身上凝聚了几代天文人的心血与梦想。它的到来,使得中国望远镜在寻找新脉冲星的征途上实现了“零的突破”。

竣工后的FAST进入试运行、试调试阶段。处于调试阶段的FAST不负众望,在一年左右的时间里有了新的发现。2017年10月,中国科学院国家天文台在北京召开新闻发布会,晒出了FAST的首张成绩单。

中国科学院国家天文台研究员李菂在这次发布会上介绍,FAST调试进展超过预期,探测到数十颗优质脉冲星候选体,有两颗通过国际认证。其中首颗被认证的新脉冲星,是中国望远镜发现的第一颗新脉冲星。

观测对于开展天文学研究的重要性不言而喻。北京师范大学天文系教授何香涛曾撰文指出:“一批年轻的中国人,包括我自己,走出国门,才知道了什么是近代天文学。尤其明白了,天文学的真谛在于观测。”

“没有一流的观测设备,拿不到一手的观测数据,相关的实验和理论研究就很难产生大的影响。”长期从事脉冲星相关研究的北京大学物理学院天文学系教授徐仁新说道。

而现在,观测数据不再是愁人的问题。自找到第一颗新脉冲星以来,FAST在脉冲星发现上逐渐有了更多的斩获。中国科学院国家天文台官方资料显示,截至目前,FAST已经探测到80颗优质的脉冲星候选体,其中55颗被证实为新发现的脉冲星。

数项指标超预期 打造最灵敏的“眼睛”

按计划, FAST工程要在今年3月接受国家验收,涉及工艺、设备、档案等五大项目。通过验收后,FAST将正式对外开放,为有需求的科学家提供服务。

国际上知名的大型射电望远镜建成后,往往都要经过数年,甚至更长时间的调试磨合,才能以最佳状态进入应用阶段。

“就好比一台刚研制出来的家电,研发人员还要对它做各项性能指标测试,根据测试结果进行调整,确保它符合设计时提出的各项要求,能够为用户提供高质量的服务。”徐仁新举例道。

作为世界最大的单口径射电望远镜,在没有先例可循的情况下,FAST的调试工作无疑是极具挑战的。全新的工作模式使得FAST具有超大的接收面积,也让它具有其它望远镜所无法比拟的灵敏度优势。

姜鹏介绍,FAST仅反射面就需要2000余台促动器协同控制,而且索网把所有促动器都连成了一个整体,可以说是“牵一发动全身”。

重达30吨的馈源舱高悬在空中,如何确保整个系统的安全性是姜鹏要考虑的头等大事。此外,对FAST所有子系统的功能性整合也是项系统工程。FAST由几十家单位联合研制,每家单位主要负责完成本地系统的调试工作,最后由FAST团队完成整合。

姜鹏介绍,FAST团队足足花了半年的时间,仔细核对控制系统的代码,进行必要的修改和完善,梳理不同数据通讯协议的数据接口,最终提前完成了望远镜的功能性调试任务。

令姜鹏感到欣慰的是,经过两年多的紧张调试,FAST的数项性能指标超过预期,在灵敏度、系统噪音、指向精度等关键技术指标上,已经达到了国家验收标准。“可以说,调试后的FAST是当之无愧的世界上最灵敏的射电望远镜,可以帮助人类了解更遥远、更早期的宇宙”。

即将正式开放 有望描绘早期宇宙图景

伴随着FAST正式开放日期的临近,FAST团队正在向包括徐仁新在内的科学家征集应用需求。大家都在期待,FAST能带来更多突破性的科学发现。

搜寻和监测射电脉冲星是FAST的核心科学目标。银河系中有大量脉冲星,但由于其信号暗弱,易被人造电磁信号干扰淹没,目前只观测到它们中的一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备。

由恒星演化和超新星爆发产生的脉冲星,因发射周期性脉冲信号而得名。脉冲星的本质是中子星,具有在地面实验室无法实现的极端物理性质,是理想的天体物理实验室。

研究脉冲星,有望得到许多重大物理学问题的答案。徐仁新举例道,可以加深我们对于自然界当中引力、强力等基本相互作用的理解,并且脉冲星也是探测宇宙极低频引力波的工具。

同样是脉冲星,也有“好坏”之分。徐仁新解释道,所谓“好”的脉冲星,指的是计时精准的毫秒脉冲星。想要通过脉冲星计时阵来探测引力波,就需要找到计时精度极高的毫秒脉冲星,这也正是FAST重点搜寻的对象。

此外,科学家还期待通过强大的FAST观测到一些难得一见的脉冲星“珍品”,比如双星系统里的脉冲星。对单个脉冲星而言,测定其质量很困难,但在双星系统里,就能利用轨道等信息测定其质量。

“目前观测发现脉冲星的最大质量约为2倍太阳质量,足以排除不少脉冲星内部结构模型。但如果我们能通过FAST找到更大质量的脉冲星,无疑会是颠覆性的发现,将修正脉冲星结构模型并深化人们对于极致密物质状态的理解。” 徐仁新展望道。

不只是寻找脉冲星,FAST还将探寻早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的辐射。徐仁新介绍,中性氢云团是宇宙中未被引力塌缩成恒星的氢原子气体,通过观测中性氢辐射,能获知星系之间互动的细节,还可能发现早期宇宙中刚刚形成的氢原子的分布状态,帮助科学家更精确地描绘出早期宇宙的图景。


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