中国天眼FAST 探索宇宙的“诗与远方”

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来源：探索科学 【在线投稿】栏目：综合新闻时间：2021-02-26

地球人都在看什么？难道宇宙里有“诗和远方”？千百年来人类大多是通过可见光波段观测宇宙。事实上，天体辐射覆盖整个电磁波段，可见光只是其中人类可以感知的一部分。

划时代的发现和望远镜关系紧密，望远镜对人类探索宇宙和地外文明至关重要。

上世纪30年代初，美国贝尔实验室工程师央斯基用天线阵接收到来自银河系中心的射电辐射（无线电波），开创了用射电波研究天体的新纪元。由于射电望远镜收集的电磁波波长较长，所以需要较大尺寸，如今需要百米口径才能在世界上排得上号。

随着全球一个个巨大射电“天眼”的建立，人们看到了很多新东西：更多的奇异天体、脉冲星、宇宙微波背景辐射、宜居星球、超新星爆发、大爆炸理论证据……，人类眼界由此大为拓展。

然而，在射电望远镜众多用途中，普通公众感兴趣的仍是搜寻地外文明。地球之外的众多星体中是否还有高等文明的存在，是所有人都想知道的，更是科学家的一项重大课题。

“在寻找地外文明的竞赛中，中国取得领先的地位，”英国《每日邮报》这样报道FAST。而美国《基督教科学箴言报》则称：“中国刚刚建成的全球最大单口径射电望远镜可能将回答人类探索宇宙的一个最古老问题：外太空是否有其他生命存在？”众多国外媒体对地外文明的兴趣都被FAST点燃了。

这个目前中国保持领先的天文工程，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，具有独立自主知识产权，被认为将在未来10至20年内保持世界一流地位。

作为世界上最大的单口径巨型射电望远镜，FAST直径500米，高差173米，从空中俯瞰，就像一口由群山环抱的“超级大锅”。“锅面”——巨大的球冠形反射面；“锅”正中央悬空的“盒子”——馈源舱；支撑“锅”的无数道线——索网等支撑结构。一点一面多线，牢牢撑起了这个庞然大物。

与此同时，FAST还保持着国际一流的灵敏度和综合性能。它的索网结构会随着天体的移动自动变化，带动钢索网上活动的4450个反射面板产生变化，使得FAST保持足够的灵敏度。

在射电望远镜家族中，口径越大意味着灵敏度越高，也就意味着能看得更远。与号称“地面最大机器”的德国波恩100米射电望远镜相比，FAST望远镜灵敏度提高约10倍；与美国“阿雷西博”305米射电望远镜相比，其综合性能提高约10倍。

FAST有能力探索上百亿光年外的宇宙，也就是说，将观测延伸至已知宇宙的边缘，重现宇宙早期图像。这又将是一个壮举。

为什么科学家要追求造更大的射电望远镜呢？是为了寻找外星人？还是为了让外星人更容易看到地球？其实，“中国天眼”的主要任务是巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星和探测星际分子。

望远镜的灵敏度（即探测暗弱天体的能力）与其口径的二次方成正比，而其可探测宇宙空间的体积（即大约可探测的天体数目）与其口径的三次方成正比。

宇宙初始混沌、暗物质分布与大尺度结构，以及星系与银河系的演化等领域充满了未知，许多问题有待科学家通过探索与研究得到解决。

宇宙中最普遍的元素是氢，观测宇宙中不同距离不同方向的中性氢1.4GHz谱线，会对解答上述科学难题提供有益的线索。“中国天眼”的高灵敏度以及它合适的观测波段，使它成为探测这方面奥秘的利器。

脉冲星更有意思。它们的密度，每个立方厘米相当于１万艘万吨巨轮的质量压缩起来；它们的磁场，最高可达太阳的10兆倍。

“中国天眼”比地球上现有射电望远镜看得更远，可以发现更多新奇的天体，其中包括脉冲星发射的无线电脉冲。

脉冲星离地球太遥远，以至于自1933年射电望远镜诞生以来，人类也只发现了2500颗左右。而威力强大的“中国天眼”如果全部工作时间都用于观测脉冲星，它一年内就有望将这一数量翻倍。