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          FAST望远镜即将正式开放 有望描绘早期宇宙图景

          2019年03月09日10:34  来源:科技日报

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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?#25945;?#21319;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?#30452;?#29575;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?#26412;?#21484;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?#36828;?#21947;。?#26412;?#24072;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?#26412;?#22823;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?#38454;?#26009;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?#24425;?#39033;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?#38236;?#31995;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?#36127;?#23545;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?#38469;?#25351;标上,已经达到了国家验收标准。“可以说,调?#38498;?#30340;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?#22270;?#27979;射电脉冲星是FAST的核?#30446;?#23398;目标。银河系中有大量脉冲星,但由于其信号?#31561;酰?#26131;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?#32479;?#26032;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?#26377;牵?#20855;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?#24425;?#25506;测宇宙极低频引力波的工具。

            同样是脉冲星,也有“?#27809;怠?#20043;分。徐仁新解释道,所?#20581;?#22909;”的脉冲星,指的是计?#26412;?#20934;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?#26412;?#24230;极高的毫秒脉冲星,这也正是FAST重点搜寻的对象。

            此外,科学?#19968;?#26399;待通过强大的FAST观测到一些难得一见的脉冲星“珍品?#20445;?#27604;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?#40723;?#22411;。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?#37073;?#23558;修正脉冲星结?#40723;?#22411;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?#21335;?#33410;,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。(记者唐 婷)

          文章关键词:FAST 早期宇宙 毫秒脉冲星 双星系统 太阳质量 探测引力波 最大质量 基本相互作用 致密物质 恒星演化 责编:徐宁宁
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