中國天眼,簡稱FAST,500米口徑,是世界最大的單口徑的球面射電望遠鏡。於2001年立項,在2016年安裝完最後一部分,並進行調試,正式運行時間爲2020年1月11日,但實際上在調試階段天眼的超強能力就已經掩蓋不住,霍金逝世前都多次警告,希望中國能關閉天眼。

天眼肩負了幾項使命:揭祕暗物質、宇宙的起源、建立宇宙導航、搜索地外文明等等。

揭示暗物質與宇宙起源

說之前,需要簡單瞭解一下射電望遠鏡。人眼見到的光叫可見光,可見光屬於電磁波的,電磁波還包括宇宙射線,伽馬射線,X射線,無線電、微波等等。波長越短,頻率越高,能量越強。

物質都會釋放電磁波,人體的溫度向外擴散就是在釋放電磁波中的紅外線波段。紅外線不在可見光波段內,所以看不見,太陽,月亮的反射光,一些恆星,屬於可見光波段我們肉眼可見。

不過,宇宙有個BUG,就是它會膨脹,較近的發光或反光天體,光所經歷的空間距離較爲,因此它不會因爲空間膨脹而被顯著的拉伸,而較遠的光就會“變形”。

例如:宇宙誕生時的第一道光,由於物質密集,能量至強,因此這道光應該是宇宙最強光,然而經歷了100多億年的膨脹,它由高能的短波,變成了低能的長波,它就是宇宙微波背景輻射,絕對零度爲0K,它卻只有3K。

對於宇宙中極其微弱的光,光學望遠鏡難以察覺,因此就需要能屏蔽干擾,收集並放大短波信號的射電望遠鏡。簡單看下面對比,左側爲光學望遠鏡、右側爲射電望遠鏡。

右側圖藍色部分可以呈現星系周邊的散落的氣體分子,它們主要是星系誕生時未被吞噬的中性氫原子,展現出星系周圍氣體運動情況,正常來說高速旋轉的星系會把氣體分子甩出去,但是由於暗物質施加的引力作用,一些星系周邊的中性氫被牢牢束縛住。

天眼出現之前,人類的射電望遠鏡只能在銀河系內望望。現在,500口徑的天眼對中性氫觀測距離可以擴展到宇宙邊緣,換句話說我們可以繪製佔據85%總量的暗物質作用版圖,這意味着天眼是破解暗物質之謎的窗口。由此我們也可以推演宇宙早期的圖像,揭祕宇宙的起源。

2020年6月,天眼對着銀河系外星系僅僅5分鐘的長曝光就檢測到了三個銀河系外星系的中性氫,這個效率讓國外科學家歎爲觀止,這個壯舉也驗證了天眼超凡靈敏度,超高的效率。這是人類第一次發現銀行系外中性氫,而且一次就是三個星系。

尋找宇宙“燈塔”,建立宇宙導航

第二件事2016年天眼就已經開始了,就是尋找宇宙的“燈塔”,製作宇宙導航圖。對於陌生的道路,我們可以利用衛星傳播無線電進行定位,再通過導航軟件指引終點的方向。

人類對宇宙的認識是很淺薄的,茫茫宇宙中同樣需要“衛星”來爲航天器定位,但宇宙如此之大,人類無能爲力,好在宇宙中有大量的天然“燈塔”,它們是脈衝星。

脈衝星是會釋放脈衝信號的中子星,是除黑洞之外,最爲緻密的天體,由於物質極具收縮,就像旋轉的舞者把腿腳收了回來,由於角動量守恆,旋轉速度會加快,因此脈衝星旋轉速度極快。

同時由於它極爲緻密,因此磁場很強,當強磁場與自轉不在同一軸線時,每轉一週,強磁場就會在空間中掃過一圈,就像海上的燈塔不斷像四周旋轉傳遞出光線。

在宇宙中迷失了方向,如果找到足夠多已知頻率的脈衝星,飛船可以通過附近脈衝的信號,確認自己的位置。

2016年,天天剛剛調試就找到了9顆脈衝星。從2020年1月正式運行開始到3月份,天眼發現了114顆脈衝星,直接完成全年預定目標的1/3,而且未來還會繼續提速。不僅是數量,天眼可以觀察到迄今爲止頻率更高,能量更強的,旋轉速度更快的脈衝星。

50多年來,全球射電望遠鏡加起來也就發現了2700顆,天眼相當於一個人秒了一羣人。

地外文明

對於喫瓜羣衆來說最想知道的就是這個。不過,天眼搜尋計劃在這個月(9月)剛啓動,而且即使是有了消息也屬於最高機密,所以大家還是散了吧。之前有部分小道消息意爲已經尋獲某些文明信號,都不屬實。

實際上,天眼接收到的是宇宙中一些重複、快速的無線電暴,這有點像你對着對面大樓,拿着強光手電筒頻繁“打暗號”,試圖溝通,但這只是理論,沒有證據表明這些信號源於外星文明。

更多的觀點認爲,這種重複的無線電信號是宇宙中某些人類尚未發現的自然現象引起的。

天眼很強,但它更低調,它的到來可以彌補中國在天文學上的拉下的步伐,所以還是暫時低調前進爲好。

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