中国天眼再破纪录 会给人类带来什么?

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2017-10-11 20:04:12

北京时间10月10日,“中国天眼”FAST宣布发现两颗新脉冲星,距离地球分别约4,100光年和1.6万光年,这也是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。其中一颗编号J1859-0131(又名FP1-FAST pulsar #1),自转周期为1.83秒,据估算距离地球1.6万光年;一颗编号J1931-01(又名FP2),自转周期0.59秒,据估算距离地球约4,100光年,分别由FAST于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。

“中国天眼”FAST宣布发现两颗新的脉冲星(图源:新华社)

自2016年9月竣工进入试运行、试调试阶段,FAST在历时一年的调试期内,已经探测到数十个优质脉冲星候选体,其中6颗通过国际认证,表现早已超出预期。作为世界最大单口径射电望远镜,FAST建造集三项中国知识产权的自主创新——选址方法、索网主动反射面、柔性索结合并联机器人的馈源支撑——于一身,突破了射电望远镜工程极限,其核心科学目标便是搜寻和发现射电脉冲星。

脉冲星是中子星的一种,是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后的终点状态之一,质量比太阳大很多,但直径是太阳的几万分之一。恒星在坍缩的时候角动量守恒,坍缩成半径很小的中子星后自转速度非常快,它们的自转轴和磁轴一般又不重合,每当射电波束扫过地球时,就接收到一个脉冲。

这些周期性脉冲讯号会以无线电波等各种辐射形式,一明一灭地传输到地球。脉冲星的自转周期极其稳定。银河系中有大量脉冲星,但由于其信号暗弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只观测到一小部分,因此具有极高灵敏度的FAST成为检测信号的理想设备。

脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量,因而自转会逐渐放慢,但是这种变慢非常缓慢,以致于信号周期的精确度能够超过原子钟,为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。

而提到原子钟,想必关注航天科技的人都不陌生,作为世界上已知最精准的时刻表,原理来自原子的共振频率——当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时,便会释放电磁波,这种不连续的电磁波特征频率非常高,以至于精度可以达到每2,000万年才误差1秒,目前广泛用于全球卫星导航系统中。

中国研发的第二代北斗导航系统(COMPASS),便搭载了自主研发的铷原子钟,并进一步向技术更强的氢原子钟迈进,以期实现百万年误差 1 秒的精度目标。此外,美国 GPS 卫星配置了铯原子钟和铷原子钟,欧洲伽利略卫星(Galileo)、俄罗斯格洛纳斯卫星(GLONASS)配置了氢原子钟和铷原子钟。众所周知,全球卫星导航系统之争便是精度之争,脉冲星如果能运用其中,可起到比原子钟更强的计时效果,那么竞争优势不言而喻。

中科院国家天文台相关负责人在采访中表示,目前人类已发现银河系内2,700多颗脉冲星,而 FAST 有望打破纪录,第一个捕获银河系外的射电脉冲星。目前 FAST 已经在为观测河外星系射电脉冲星作技术上的准备,最早于明年进行尝试,未来希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星,也将对脉冲星计时阵探测引力波作出原创贡献。

撰写:小枝

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