大陸500米口徑球面射電望遠鏡對全球科學家開放
■ 本報特約記者 閻建斌
貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩氹窪地,層巒疊嶂,翠林如海。被譽為「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)坐落在群山環抱之中,像地球上的一隻巨眼,靜靜凝望天空,探尋百億光年之外的射電信號。
自2020年1月運行以來,「中國天眼」迄今已發現300餘顆脈衝星,並在快速射電暴等研究領域取得重大突破。今年3月31日,這一具有我國自主智慧財產權的重大科研基礎設施又正式向全世界的天文學家發出邀約,一同打撈宇宙中更多的「漂流瓶」。
看宇宙的「大眼睛」
站在觀景台向下俯瞰,依託喀斯特地區「天坑」而建、直徑達500米的大科學裝置形似一口銀色「大鍋」,架在周圍6座高度超過百米的支撐塔上。
FAST首席科學家李菂介紹說,該裝置是目前世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡,它的觀測能力是德國波恩100米望遠鏡的10倍,是美國阿雷西博300米望遠鏡的2.25倍。
大科學裝置的表面共有4500塊三角形主動反射面,它的設計目標,是要把覆蓋30個足球場大的信號聚集在一顆小藥丸大小的空間裡,否則就難以監聽到宇宙中微弱的射電信號。這個「小藥丸」就是饋源,放在饋源艙內——類似一個收集衛星信號的喇叭式裝置,稱得上是世界最精貴的接收器。
就像水手扯動纜繩控制風帆的方向,FAST通過拉扯鋼索網來使天線鍋變向,這就要靠與鋼索網相連的2000多個小電機來控制完成。整個變向過程,由鐳射定位系統校準。懸空的饋源艙重達30噸,被6條400多米的鋼索吊起,移動範圍可達200米。鋼索網、饋源艙接收器,每一部分的位移都要控制在毫米級,大科學裝置才能正常工作。
在風勢較大時候,人們能聽到整個FAST發出的陣陣悅耳「風鈴聲」——那是它的反射單元震動發出的低頻聲響。在看不見的地下,還埋藏著超過10萬根光纖,為資料傳輸提供保障。
具備多領域超強「發現力」
「嘀—嘀—嘀」,顯示幕上,代表聲波的曲線有節奏的起伏。李菂說,這是FAST發現的第一顆脈衝星,研究者根據真實的脈衝信號強度轉換成音訊與動態圖像,可以更真切地感受脈衝星信號的規律性。
脈衝星是一種高速自轉的中子星,具有極高的磁場和密度。它的自轉週期精確穩定,輻射出的電磁波可以看作是如同脈搏般的脈衝信號。因此,脈衝星被比作「宇宙的時鐘」,其準確的時鐘信號為引力波探測、航天器導航等重大科學及技術應用提供了理想工具。脈衝星作為大品質恒星坍縮後超新星爆發的產物,對於研究超新星爆發等宇宙現象也相當重要。
2017年10月10日,FAST公佈了第一個天文發現:一顆週期為1.9秒的脈衝星,距離地球有1.6萬光年。「那一天是我一生中印象最深的一天,就好像孕育了很久的孩子出生了一樣。」李菂說。
從首次發現新脈衝星,到試運行結束公佈發現100餘顆脈衝星,再到一舉突破300顆……FAST所發現的脈衝星數量,在全球脈衝星搜索團隊行列中首屈一指,成為脈衝星發現的重要貢獻者。
探索宇宙的「世界舞臺」
北京時間2021年3月31日零點,FAST向全世界天文學家發出邀約,徵集觀測申請。所有國外申請專案統一參加評審,評審結果將於今年7月20日公佈,觀測時間將從8月開始。
中科院國家天文臺有關負責人表示,FAST向世界全面開放,彰顯了中國與國際科學界充分合作的理念。在開放合作中,中國的科學重器將更好地發揮效能,促進重大成果產出,為全人類探索和認識宇宙作出貢獻。
李菂介紹說,早在項目立項時,就確立了拓展人類宇宙視野的初衷,將向全球科學家開放。科學家申請使用FAST需要同行評審,根據專案建議書進行打分,再由時間分配委員會進行時長分配。預計將有10%的觀測時間分配給國外科學家。觀測申請的研究領域不做限制,但科學界普遍關心的專案將被優先考慮,如多科學目標漂移掃描巡天、中性氫星系巡天、銀河系偏振巡天、脈衝星測時、快速射電暴觀測等。
歷經多年建設發展,FAST從無到有,逐漸成長為科學家探索宇宙的「世界舞臺」。