中国天眼,简称FAST,500米口径,是世界最大的单口径的球面射电望远镜。于2001年立项,在2016年安装完最后一部分,并进行调试,正式运行时间为2020年1月11日,但实际上在调试阶段天眼的超强能力就已经掩盖不住,霍金逝世前都多次警告,希望中国能关闭天眼。

天眼肩负了几项使命:揭秘暗物质、宇宙的起源、建立宇宙导航、搜索地外文明等等。

揭示暗物质与宇宙起源

说之前,需要简单了解一下射电望远镜。人眼见到的光叫可见光,可见光属于电磁波的,电磁波还包括宇宙射线,伽马射线,X射线,无线电、微波等等。波长越短,频率越高,能量越强。

物质都会释放电磁波,人体的温度向外扩散就是在释放电磁波中的红外线波段。红外线不在可见光波段内,所以看不见,太阳,月亮的反射光,一些恒星,属于可见光波段我们肉眼可见。

不过,宇宙有个BUG,就是它会膨胀,较近的发光或反光天体,光所经历的空间距离较为,因此它不会因为空间膨胀而被显著的拉伸,而较远的光就会“变形”。

例如:宇宙诞生时的第一道光,由于物质密集,能量至强,因此这道光应该是宇宙最强光,然而经历了100多亿年的膨胀,它由高能的短波,变成了低能的长波,它就是宇宙微波背景辐射,绝对零度为0K,它却只有3K。

对于宇宙中极其微弱的光,光学望远镜难以察觉,因此就需要能屏蔽干扰,收集并放大短波信号的射电望远镜。简单看下面对比,左侧为光学望远镜、右侧为射电望远镜。

右侧图蓝色部分可以呈现星系周边的散落的气体分子,它们主要是星系诞生时未被吞噬的中性氢原子,展现出星系周围气体运动情况,正常来说高速旋转的星系会把气体分子甩出去,但是由于暗物质施加的引力作用,一些星系周边的中性氢被牢牢束缚住。

天眼出现之前,人类的射电望远镜只能在银河系内望望。现在,500口径的天眼对中性氢观测距离可以扩展到宇宙边缘,换句话说我们可以绘制占据85%总量的暗物质作用版图,这意味着天眼是破解暗物质之谜的窗口。由此我们也可以推演宇宙早期的图像,揭秘宇宙的起源。

2020年6月,天眼对着银河系外星系仅仅5分钟的长曝光就检测到了三个银河系外星系的中性氢,这个效率让国外科学家叹为观止,这个壮举也验证了天眼超凡灵敏度,超高的效率。这是人类第一次发现银行系外中性氢,而且一次就是三个星系。

寻找宇宙“灯塔”,建立宇宙导航

第二件事2016年天眼就已经开始了,就是寻找宇宙的“灯塔”,制作宇宙导航图。对于陌生的道路,我们可以利用卫星传播无线电进行定位,再通过导航软件指引终点的方向。

人类对宇宙的认识是很浅薄的,茫茫宇宙中同样需要“卫星”来为航天器定位,但宇宙如此之大,人类无能为力,好在宇宙中有大量的天然“灯塔”,它们是脉冲星。

脉冲星是会释放脉冲信号的中子星,是除黑洞之外,最为致密的天体,由于物质极具收缩,就像旋转的舞者把腿脚收了回来,由于角动量守恒,旋转速度会加快,因此脉冲星旋转速度极快。

同时由于它极为致密,因此磁场很强,当强磁场与自转不在同一轴线时,每转一周,强磁场就会在空间中扫过一圈,就像海上的灯塔不断像四周旋转传递出光线。

在宇宙中迷失了方向,如果找到足够多已知频率的脉冲星,飞船可以通过附近脉冲的信号,确认自己的位置。

2016年,天天刚刚调试就找到了9颗脉冲星。从2020年1月正式运行开始到3月份,天眼发现了114颗脉冲星,直接完成全年预定目标的1/3,而且未来还会继续提速。不仅是数量,天眼可以观察到迄今为止频率更高,能量更强的,旋转速度更快的脉冲星。

50多年来,全球射电望远镜加起来也就发现了2700颗,天眼相当于一个人秒了一群人。

地外文明

对于吃瓜群众来说最想知道的就是这个。不过,天眼搜寻计划在这个月(9月)刚启动,而且即使是有了消息也属于最高机密,所以大家还是散了吧。之前有部分小道消息意为已经寻获某些文明信号,都不属实。

实际上,天眼接收到的是宇宙中一些重复、快速的无线电暴,这有点像你对着对面大楼,拿着强光手电筒频繁“打暗号”,试图沟通,但这只是理论,没有证据表明这些信号源于外星文明。

更多的观点认为,这种重复的无线电信号是宇宙中某些人类尚未发现的自然现象引起的。

天眼很强,但它更低调,它的到来可以弥补中国在天文学上的拉下的步伐,所以还是暂时低调前进为好。

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