“在射電天文學(xué)領(lǐng)域，我們已經(jīng)進(jìn)入第一方隊(duì)”
——“中國天眼”取得一系列重大科學(xué)成果
觀測(cè)服務(wù)超過5200個(gè)機(jī)時(shí)，超過預(yù)期目標(biāo)近2倍；累計(jì)發(fā)現(xiàn)脈沖星超過240顆；基于觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文達(dá)到40余篇……這是被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)自建成以來取得的成績(jī)。
11月4日，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)舉行發(fā)布會(huì)介紹，“中國天眼”運(yùn)行穩(wěn)定可靠，取得一系列重大科學(xué)成果。其中，“中國天眼”的快速射電暴研究成果近日陸續(xù)發(fā)表于國際科學(xué)期刊《自然》雜志。“中國天眼”的順利運(yùn)行，使得我國相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)迅速成為國際快速射電暴的核心研究力量。
“天文學(xué)是一門極度依賴觀測(cè)設(shè)備的科學(xué)，沒有觀測(cè)設(shè)備，只能根據(jù)別人的資料進(jìn)行研究。”中國科學(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會(huì)主任武向平在發(fā)布會(huì)上說，“有了大國利器，我們?cè)趪H天文學(xué)領(lǐng)域的地位就不一樣了……在射電天文學(xué)領(lǐng)域，我們已經(jīng)進(jìn)入第一方隊(duì)。”
對(duì)天文學(xué)前沿領(lǐng)域的研究不再依賴“二手資料”
在廣袤的宇宙中，經(jīng)常有一些射電波襲來，僅僅閃現(xiàn)幾毫秒。天文學(xué)家一直企圖尋求真相：誰發(fā)出了這些電波？如此快速閃現(xiàn)的電波包含了什么信息？
2017年，天文學(xué)家捕獲到一個(gè)毫秒時(shí)標(biāo)的無線電爆發(fā)，它竟然在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)重復(fù)了幾次。天文學(xué)家利用世界多臺(tái)大射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合探測(cè)進(jìn)行快速定位，終于將一個(gè)重復(fù)爆發(fā)的無線電快速閃現(xiàn)源定位到宇宙深處30億光年之外的一個(gè)星系里。
不過，這些研究很長(zhǎng)一段時(shí)間與中國無緣。“過去，因?yàn)闆]有大射電望遠(yuǎn)鏡，中國天文學(xué)家無法拿到第一手資料，所以在這個(gè)前沿領(lǐng)域的研究中，多數(shù)是做理論研究。”中國科學(xué)院院士、國家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)說。
2020年1月，“中國天眼”通過國家驗(yàn)收。這臺(tái)反射面面積相當(dāng)于大約30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)、世界上最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，大大拓展了人類的視野，也使中國的天文學(xué)家終于有機(jī)會(huì)走到射電天文研究的最前沿。
借助“中國天眼”，中國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙毫秒無線電爆發(fā)的新物理現(xiàn)象：最近，北京大學(xué)教授、國家天文臺(tái)研究員李柯伽研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”探測(cè)到一例快速射電重復(fù)暴，在國際上首次發(fā)現(xiàn)該重復(fù)暴的輻射具有非常豐富的偏振特征，這一觀測(cè)對(duì)快速射電暴的輻射起源提供了新的信息；北京師范大學(xué)林琳博士、北京大學(xué)張春風(fēng)博士、國家天文臺(tái)王培博士等聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”對(duì)銀河系磁星軟伽馬射線重復(fù)暴進(jìn)行多波段聯(lián)合觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了軟伽馬射線重復(fù)暴與快速射電重復(fù)暴的爆發(fā)具有較弱的相關(guān)性。
如果沒有“中國天眼”，中國天文學(xué)家對(duì)這些前沿領(lǐng)域的研究，或許仍然只能依賴別人的“二手資料”。
“我們有信心搜尋到一千顆脈沖星”
快速射電暴的研究只是一個(gè)縮影。“隨著性能的提升，‘中國天眼’科學(xué)潛力逐步顯現(xiàn)。”常進(jìn)指出，“中國天眼”的超高靈敏度使其在射電瞬變?cè)捶矫婢哂兄卮鬂摿Γ型诙虝r(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)納赫茲的引力波探測(cè)、捕捉到宇宙大爆炸時(shí)期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時(shí)刻的物理過程提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，它還有能力將我國深空探測(cè)及通信能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。
引力波的探測(cè)是近年來天文學(xué)界的熱門話題。通過對(duì)毫秒脈沖星的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，選取一定數(shù)目的毫秒脈沖星組成計(jì)時(shí)陣列，可以探測(cè)來自超大質(zhì)量雙黑洞等天體發(fā)出的低頻引力波。“受益于‘中國天眼’超高靈敏度，我們已經(jīng)將脈沖星的測(cè)時(shí)精度提升至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，這有望使人類首次具備納赫茲引力波的探測(cè)能力。可以說，我們已經(jīng)走在‘出大成果’的攀登之路上。”常進(jìn)說。
脈沖星因不斷發(fā)出電磁脈沖而得名，是一種未知的天體。常進(jìn)介紹，“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量超過240顆。其中，在球狀星團(tuán)M92中發(fā)現(xiàn)的是一個(gè)具有掩食現(xiàn)象的毫秒脈沖雙星，這是在M92中發(fā)現(xiàn)的第一顆毫秒脈沖星，密近的軌道和較大的伴星質(zhì)量預(yù)示著伴星的物質(zhì)正在被脈沖星吸積。借助“中國天眼”的高靈敏度，伴星及其星風(fēng)的遮擋帶來的脈沖星信號(hào)掩食現(xiàn)象和伴星星風(fēng)導(dǎo)致的脈沖星信號(hào)到達(dá)時(shí)間延遲都被清晰觀測(cè)到。具有這些特殊現(xiàn)象的脈沖雙星，在天文學(xué)中被稱為“紅背蜘蛛”系統(tǒng)。該發(fā)現(xiàn)被美國天文學(xué)會(huì)選為亮點(diǎn)研究成果。
“中國天眼”未來的一個(gè)重要任務(wù)是搜尋更多脈沖星。“我們有信心搜尋到一千顆脈沖星。”國家天文臺(tái)首席研究員韓金林說，較近的脈沖星已都被國外發(fā)現(xiàn)，我們只能搜尋更遠(yuǎn)的。“假如有，我們不漏掉任何一顆。”
“中國天眼”將向全世界科學(xué)家開放
其實(shí)，“中國天眼”的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)遠(yuǎn)不止于望遠(yuǎn)鏡本身，在其他領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。例如在高精度地礦勘探方面，可以利用慣性組件與衛(wèi)星導(dǎo)航融合技術(shù)，為重力測(cè)量提供高精度的位置和方位姿態(tài)基準(zhǔn)；在海洋測(cè)繪中，采用慣性組件與聲吶等測(cè)量技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)海底測(cè)繪，為勘探區(qū)作業(yè)的機(jī)器設(shè)備建立高精度的時(shí)空和姿態(tài)基準(zhǔn)。
目前，“中國天眼”已經(jīng)正式對(duì)國內(nèi)天文學(xué)家開放運(yùn)行，設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定可靠，近一年已經(jīng)觀測(cè)服務(wù)了超過5200個(gè)觀測(cè)機(jī)時(shí)。2020年2月，“中國天眼”正式啟動(dòng)了科學(xué)委員會(huì)遴選出的五個(gè)“優(yōu)先和重大項(xiàng)目”，已經(jīng)有近兩百名科學(xué)用戶開始使用并處理“中國天眼”的科學(xué)數(shù)據(jù)。
2020年4月，“中國天眼”觀測(cè)時(shí)間分配委員會(huì)開始向國內(nèi)天文界征集自由申請(qǐng)項(xiàng)目，目前已經(jīng)接到170余份申請(qǐng)，申請(qǐng)的總時(shí)間約5500個(gè)小時(shí)，實(shí)際批準(zhǔn)1500個(gè)機(jī)時(shí)，只有30%能得到支持。可見，“中國天眼”觀測(cè)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。
盡管激烈，但“中國天眼”還將面向更多科學(xué)家。“明年‘中國天眼’將向全球開放，全世界的科學(xué)家都可以使用這臺(tái)世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡，一起為探索宇宙的奧秘、推動(dòng)人類文明的進(jìn)步作貢獻(xiàn)，構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。”武向平在發(fā)布會(huì)上宣布。
同一個(gè)太空，同一個(gè)家園。未來，“中國天眼”將帶來更多來自太空的驚喜。
(本報(bào)北京11月4日電 本報(bào)記者 陳海波)