射電望遠(yuǎn)鏡通過天線接收遙遠(yuǎn)星空的電磁波,接收數(shù)量的多少取決于它的口徑??趶皆酱?,靈敏度越高,接收到的電磁波越多,所以射電天文學(xué)家都在追求建造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)然,建造大口徑望遠(yuǎn)鏡,取決于一定的技術(shù)和資金。FAST建成之前,世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡是德國100米直徑的“埃菲爾斯伯格”和美國300米直徑的“阿雷西博”。目前,中國500米直徑的“天眼”成為世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡。
這樣一個(gè)大家伙,共投資約12億人民幣。大家知道,中國需要錢的地方還很多,為什么要投資這么多錢來建造一個(gè)似乎和老百姓生活沒有直接關(guān)系的射電望遠(yuǎn)鏡呢?這要追溯到20多年前。1993年,在東京召開的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)提出了建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”的設(shè)想。當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家都認(rèn)為德國和美國的射電望遠(yuǎn)鏡使用了幾十年,積累了很多數(shù)據(jù),但是對于現(xiàn)在的天文學(xué)研究來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而且,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,各種電器的應(yīng)用,地球的電波環(huán)境受到了一定的破壞,天文學(xué)家擔(dān)憂如果地球的電波環(huán)境被徹底破壞了,那就很難有效地去觀測更為遙遠(yuǎn)的宇宙天體了。所以,希望在地球電波環(huán)境被徹底破壞之前,建造一個(gè)大的射電望遠(yuǎn)鏡,弄清宇宙結(jié)構(gòu)究竟是如何形成和演化的。
FAST主要用于脈沖星、中性氫、黑洞吞噬小天體、星體演化、外星文明搜尋等研究。觀測脈沖星和巡視宇宙中的中性氫是主要的科學(xué)目標(biāo)。觀測脈沖星,可以研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律;巡視宇宙中的中性氫,可研究宇宙大尺度物理學(xué),以探索宇宙起源和演化。這對于我們研究地球本身具有重要意義。
具體來說,脈沖星是大質(zhì)量恒星演化的最終產(chǎn)物——人類未來有望把脈沖星“改造”成星際導(dǎo)航,為宇宙飛船指明方向。我們現(xiàn)在觀測到的脈沖星已經(jīng)有2000多顆,都在銀河系內(nèi)。天文學(xué)家希望看到其他星系的脈沖星,從而為研究提供更多的數(shù)據(jù)和樣本。而FAST對準(zhǔn)的是銀河系外的脈沖星,預(yù)期能觀測到2倍于目前已知數(shù)量的脈沖星,發(fā)現(xiàn)10倍于已知數(shù)量的氣體星系。這對天文界來說將是一個(gè)突破。
再看中性氫,中性氫是宇宙中未聚攏成恒星發(fā)光發(fā)熱的氫原子,從物理學(xué)上講是一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子。中性氫云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)反映了早期宇宙演化痕跡。所以,觀測中性氫就有可能獲知星系之間互動(dòng)的細(xì)節(jié),甚至發(fā)現(xiàn)第一代天體以及宇宙漫長發(fā)育歷程的線索。人類很早以前就開始關(guān)心人是怎么來的,以及宇宙的起源問題。大家都知道大爆炸理論,在一個(gè)基點(diǎn)產(chǎn)生大爆炸,逐漸產(chǎn)生了現(xiàn)在的宇宙,而宇宙仍然在不斷膨脹。但是大爆炸理論現(xiàn)在仍有疑問,對于大爆炸如何演化到現(xiàn)在的宇宙,這個(gè)過程還有很多環(huán)節(jié)沒有搞清楚。所以我們并不能證明大爆炸理論,或者其他若干宇宙起源論的正確性。中性氫云團(tuán)的研究,可以進(jìn)一步深入研究宇宙起源問題,為宇宙起源的一些細(xì)節(jié)提供證據(jù)。
還有大家都關(guān)注的地外文明,就是所謂的外星人問題。實(shí)際上,在1967年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈沖星的時(shí)候就看到這種電磁信號極其有規(guī)律。因?yàn)橛幸?guī)律的信號一般都是人發(fā)射出來的,科學(xué)家因此認(rèn)為這很有可能是外星人發(fā)出的信號,但是后來被證實(shí)這是一種高密度恒星的信號。類似于像脈沖星的天體信號,可能是有一定規(guī)律的,也可能是有一定規(guī)則的隨機(jī)信號,但不一定是由人或者其他生物調(diào)制的。如果大口徑射電望遠(yuǎn)鏡收到太空中有編碼的信號,那么就可以肯定,這是由地外文明發(fā)出來的。
FAST的靈敏度很高,能夠看到更遠(yuǎn)、更暗弱的天體,可觀測的天體數(shù)目將大幅度增加,通過探測星際分子、搜索可能的星際通信訊號,尋找地外文明的概率將提升5至10倍。這對于天文學(xué)家研究宇宙文明和地球文明具有重大意義。當(dāng)然,如果發(fā)現(xiàn)外星人,是不是要有所接觸,就是另外一個(gè)值得研究的問題。
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