中國天眼 FAST “追星人”:我們的征途是星辰大海

01-26

說到天文學傢,也許我們腦海裡會浮現出一些舉著望遠鏡仰望著星空,充滿神秘氣息的形象,可在中科院國傢天文臺,有這樣一群年輕人,他們總是繞著一口 " 大鍋 " 轉悠。這口大鍋就是 FAST,全稱 500 米口徑球面射電望遠鏡,也被譽為 " 中國天眼 "。如果說光學望遠鏡是在看的話,那射電望遠鏡更像是在聽:豎著耳朵,靜候佳音。作為世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡,建成試運行一年多來,已經有 9 顆脈沖星被它發現並認證,而這群年輕的天文工作者,就是用 " 天眼 " 追星星的人。

這是一段用脈沖星信號映射的聲音制作出來的音樂。國傢天文臺的研究人員將兩顆脈沖星的自轉周期放慢瞭 80 倍,把脈沖星的信號振幅轉換成瞭聲音的強度,就連裡面的打擊樂、鼓聲都來自於脈沖星的頻率。

潘之辰第一次聽到這段聲音的時候還在上學,他一直期盼著什麼時候自己也能發現一顆脈沖星,好仔細聽一聽來自外太空的夢幻之音,去年 8 月,他終於聽見瞭,自己苦苦搜尋的脈沖星密語。

國傢天文臺助理研究員 潘之辰:你如果聽到它就是這樣 , 超級難聽 , 第一反應就是怎麼是這樣的聲音 , 但是再往後你就想 , 認瞭 , 反正都是自己發現的。

理想很豐富,現實有點單調。作為一個從小就立志尋找外星人的天文愛好者,潘之辰 2011 年電子系畢業後考上瞭天文學的研究生,高高興興念完瞭博士,在國傢天文臺譜線研究的凳子上還沒坐熱,就被拎去對著電腦找星星,電腦的另一頭,連著一個巨大的望遠鏡。

FAST,全稱 500 米口徑球面射電望遠鏡,這麼大的一口 " 鍋 " 可以實時調整它的反射面,不差分毫地將信號反射到一點,匯聚、探測那些宇宙深處微弱的無線電信號。不過現在 FAST 還處於調試期,但接收低頻電磁波已經可以很精準瞭,這時候,發射低頻波的脈沖星就成瞭觀測的主要目標。因為自轉周期非常穩定,脈沖星準確的時鐘信號可以作為引力波探測、甚至星際導航的理想工具。

國傢天文臺助理研究員 錢磊:哪兒有一顆恒星,哪兒會有高能粒子的輻射,哪個地方是比較危險的,脈沖星就可以用來作為導航,如果我們的征途是星辰大海,我們要往地球之外去的時候,那麼我們就需要知道天體在我們周圍的分佈,這樣的話我們才會有一張在星際空間航行的航海圖。

不僅如此,脈沖星還是理想的天體物理實驗室,它一邊飛速自轉,一邊有節奏地彈出脈沖,就像是一個旋轉的燈塔,當燈塔的光掃過地球的時候,地球就可以接收到一次信號。FAST 現在一秒鐘采樣 5000 次,這些數據上傳到服務器,往往一個晚上,擺在潘之辰和同事面前的就是十幾 TB 的數據和三萬多張信號圖表。他們要運用大數據模型進行分析,來尋找存在脈沖星特征的候選體。

國傢天文臺助理研究員 潘之辰:一天能看一萬多張,但這個也就是人的極限瞭,盯著屏幕,很使勁地看,大力出奇跡。

FAST 不同於大傢之前接觸的傳統望遠鏡,沒有任何成熟的經驗可供參考。剛開始,對於它找出的脈沖星信號特征是什麼樣的,誰也不知道,誰也不敢亂篩,所以大傢隻能硬看。潘之辰到哪兒都背著個電腦,隔壁辦公室的錢磊陪愛人產檢時,也蹲在外面看圖。去年八月,錢磊在產房外刷著圖,突然他發現瞭一個非常明顯的信號,一條黑線漸入又淡出,就像是星星從他眼前一閃而過。

國傢天文臺助理研究員 錢磊:那顆脈沖星(信號)太強瞭,我一眼就能看到它肯定是脈沖星,隻是說我不知道它是已知的脈沖星,還是未知的脈沖星。

錢磊趕緊給潘之辰打電話,以防萬一,他們用德國的射電望遠鏡聯合觀測,最終確認這就是一顆從未被發現的脈沖星,那條淡淡的黑線,是來自 0.7 萬光年以外它的聲音。

整個地球所接收到的 來自宇宙的無線電信號能量加起來也翻不動一頁書,但那些來自外太空的呢喃,因為 FAST 開始被傾聽、被捕捉。它屹立著,遙望著,如同總工程師南仁東先生寫下的那樣:" 感官安寧、萬籟無聲,美麗的宇宙太空,以它的神秘和絢麗,召喚我們踏過平庸,進入它無垠的廣袤。"

國傢天文臺助理研究員 潘之辰:南(仁東)老師他在九幾年,那時候我還在讀小學,甚至還在讀幼兒園的時候,就開始考慮望遠鏡的事情,到這麼多年最終我們把望遠鏡建在這瞭,然後我現在可以享用這個數據,現在有這樣大的望遠鏡,我們需要把它先用好,而需要用好,就光這一句話,我想對我們已經是很重的事情瞭。

FAST 建成試運行一年多來,9 顆脈沖星已被發現並認證,潘之辰用自己寫的腳本找到瞭已經超過瞭一半。錢磊寫出瞭計算望遠鏡指向的程序,並和同事們生成瞭 FAST 反射面板的 30 年變形軌跡。截至目前,FAST 已經積累瞭超過 1500 小時的試觀測時長,每一次掃描,科研人員們不僅需要重新設計軟件,還要迅速處理海量數據,一晚也不能耽擱。潘之辰說 FAST 已經成瞭他最親密的夥伴,每天一早打開電腦看它發來的訊息,就像在和自己分享昨晚看星星的體驗。

記者:美嗎 ?

國傢天文臺助理研究員 潘之辰:何止美啊,這簡直就是一個有生命的東西,它有時候會跟我說,哪裡可能有一個新的信號,可能是脈沖星,哪天可能它跟我說,幹擾多瞭,你們得想辦法瞭,通過調整望遠鏡,其實就是某種和宇宙對話的方式,知道宇宙跟我們說什麼。

潘之辰總說自己是幸運的,他們這群平均年齡不到三十歲的科研工作者,可以擁有這樣夢寐以求的望遠鏡來追尋自己的天文理想。而在這個大傢夥靜靜仰望的另一端,究竟會不會有另一位朋友,也在努力向我們招手,傳遞好奇的訊息?

國傢天文臺助理研究員 潘之辰:人類在宇宙中,到底是隻有我們,還是說我們有朝一日可以看到跟我們類似的生命,甚至是智慧生命,誰都不好說,對於科學來說,既然你不能證明它沒有,那你就可以試圖想象它如果有是什麼樣子,而現在我自己,或許也可以開始搜索答案瞭。

(編輯 高霞)

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