中國天眼 FAST 首秀前後:25 天前天眼之父南仁東去世

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資料圖:南仁東

幾乎沒有懸念," 中國天眼 "FAST 的成果 " 首秀 ",又一次讓中國科學界站到全世界面前。10 月 10 日,FAST 團隊攜脈沖星發現的成果甫一亮相,就引來國內外註目,享譽世界的澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的科學主管喬治 · 霍佈斯評價:這是國際天文學界目前最令人激動的事件之一。

但鮮為人知的是,直到 FAST" 首秀 " 的前夜,中國科學院國傢天文臺的科學傢還在爭取更多的新脈沖星通過國際系統認證。彼時,這個位於中國貴州的全球最靈敏的單口徑射電望遠鏡,已經發現瞭 6 顆新脈沖星,其中最早一批認證的有兩顆。

即便如此,在次日的新聞發佈會上,國傢天文臺臺長嚴俊仍隻介紹那兩顆最早認證的脈沖星。他說,FAST 已經探測到數十個優質脈沖星候選體,但望遠鏡目前還處在調試期,慎重起見,科學傢希望在得到國外望遠鏡 " 百分之百的確認 " 後,再做更多公佈。

當然,諸如此類看似插曲的故事,早已淹沒在 " 聽!1.6 萬光年外的脈沖信號 "" 中國射電望遠鏡首次發現新脈沖星 " 等頗具爆炸性的成果報道裡。但對每一位參與其中的科學傢而言,隻有加上這些細節," 中國天眼 " 的 " 首秀 " 才是完整的。

就如同在 " 首秀 " 這個最值得歡愉的時刻,他們也沒有忘記 FAST 項目的最初發起者、首席科學傢、總工程師南仁東一樣——盡管老先生再也看不到這一切。發佈會開始前,主持人臨時增加瞭一項議程:請全體起立,為南仁東先生默哀一分鐘。

一周前:確認新增多個成果,原創發現時代開啟

在 10 月 10 日北京四環外國傢天文臺的辦公大樓裡,由 FAST 捕獲的首批脈沖星信號第一次向外界展示——

" 嘟嗚嘟——嘟嗚嘟—— "

" 嘟——嘟—— "

現場不管是科學傢,還是媒體工作者,都豎起耳朵,仔細聆聽這分別來自 1.6 萬光年外和 4100 光年外的脈沖信號。

國傢天文臺研究員、FAST 工程副總工程師李菂說它們:一個像小孩的心跳,緩慢而微弱;一個像是成年人的心跳,短促而有力。

就是這兩個聲音,讓中國實現瞭一個 " 零的突破 ":我國自主設計制造的天文設備第一次發現脈沖星。而在此之前的 50 年裡,人類已經觀測到 2700 多顆各種類型的脈沖星。

所謂脈沖星,是死亡恒星的一種,屬於高速自轉的中子星,因發射周期性脈沖信號而得名。這種脈沖信號,就好比轉動的燈塔發出忽明忽暗的光,以至於脈沖星最初被發現時,一度被誤以為是外星人尋找宇宙知音的信號。

李菂說,脈沖星自轉速度也異常快、自轉周期精確,被稱作宇宙中最精準的天文時鐘。這種特性讓脈沖星擁有在地面實驗室無法實現的極端物理性質,是理想的天體物理實驗室,諾貝爾物理學獎也兩度授予瞭脈沖星的相關發現。

不過,由於脈沖星信號微弱,易被人造電磁幹擾淹沒,目前隻能觀測到一小部分。李菂說,作為全球目前唯一工作頻段完整覆蓋 300MHz~3GHz 的射電望遠鏡,FAST 恰是發現脈沖星的理想設備,其工作頻段內具有超高靈敏度,可以清晰地 " 看到 " 每一個脈沖。

這樣的說法也得到瞭喬治 · 霍佈斯的認可,他說自己對 FAST 未來的科研產出 " 充滿期待 "。一個有必要說明的背景是,世界上目前幾乎一半的脈沖星,都是由喬治 · 霍佈斯負責的澳大利亞帕克斯射電望遠鏡所發現。

李菂說,目前已經發現的脈沖星大多在銀河系,而 FAST 可以在距離 200 萬光年的空間有所探索。以這次發現采用的方法為例,李菂說,FAST 通過 " 漂移掃描 ",同時對中性氫、脈沖星、銀河系結構和分子譜線等多科學目標進行同時掃描的巡天觀測,是世界上其他望遠鏡從未實現過的。

更值得一提的是,在 8 月 22 日和 8 月 27 日第一批兩顆脈沖星發現之後,FAST 又發現瞭 4 顆新脈沖星。而就在剛剛過去的國慶假期,最新發現的這些脈沖星,也都通過瞭國際認證。

" 系統的科學產出已經開始!" 李菂說,FAST 正在開啟中國射電波段大科學裝置系統產生原創發現的 " 激越 " 時代。

25 天前:" 天眼 " 之父去世,FAST" 首秀 " 或成最好告慰

值得註意的是,如今發現脈沖星成果的時間點,還處於 FAST 望遠鏡的 " 調試初期 "。接下來,FAST 還將進行為期兩年的調試。這就好比,戰士還未完全整理好武器裝備走向戰場,就已斬殺敵人拿下一役。

李菂說,這得益於卓有成效的早期科學規劃和人才、技術儲備,讓 FAST 早早地展示其科學能力。成果的背後,不得不提及 FAST 項目發起人、這個項目的最主要締造者南仁東。

25 天前,南仁東離開人世,享年 72 歲。在後來國傢天文臺舉行的南仁東事跡報告會上,與會的科學傢表達瞭一個共同的遺憾:沒能等到 FAST 煥發光彩,南先生卻已駕鶴西去。

南仁東的學生、FAST 工程辦公室副主任張海燕告訴記者,南仁東生前不止一次地說過," 人活著還是要做一點事 "。

而建成 FAST,就是他所說的 " 一點事 "。他一做就是 20 多年。

如今,南仁東主導締造的 FAST,終於睜開 " 銳眼 ",望向蒼穹。

FAST 的這次 " 首秀 ",或許就是對南仁東的最好告慰。有網友建議,希望將 FAST 發現的第一顆脈沖星命名為 " 南仁東星 "。

44 天前:" 天眼 " 初顯威力,穩定獲取目標信號

" 首秀 " 之後,有人提出疑問,早在去年 9 月 25 日 FAST 就已經竣工,為何要經過近一年的調試,直到最近才產出科學成果?

國傢天文臺研究員、FAST 工程副經理彭勃說,國外同類大型射電望遠鏡建成後一般需要 3~5 年的調試,而 " 中國天眼 " 調試瞭一年就獲得瞭初步成果,進展超過預期及大型同類設備的國際慣例。

而就 FAST 本身而言,其調試工作難度也 " 堪稱巨大 "。嚴俊說,整個調試涉及測量、控制、力學、電子學、天文學等多學科領域,而且對中國科學傢來說,FAST 工作模式有別於之前接觸過的傳統望遠鏡,沒有任何成熟的經驗可供參考。

FAST 如今成瞭貴州一景,科學觀測是否會受到遊客的手機幹擾?

薑鵬告訴記者,科學傢團隊看到當地經濟發展也很高興,同時也相信望遠鏡的科學產出會進一步促進當地的旅遊產業,這將是雙贏的局面。當地政府也專門制定瞭 " 距離 5 公裡范圍之內,不能有任何幹擾望遠鏡探測的行為 " 的政策。

不過他也提到,由於望遠鏡本身設備在電磁屏蔽技術上還沒有完全做到位,相應的幹擾現象還是存在,接下來將會加強這方面的工作。" 不管是晴天還是雨天,盡可能保證 FAST 每天都能工作,以保證有效的觀測時長,促進更多、更好的科學產出。" 他說。

今年 8 月 27 日,也就是 " 首秀 " 前的第 44 天,FAST 第一次實現跟蹤觀測,並穩定地獲取目標源的信號。嚴俊告訴記者,至此,FAST 基本完成瞭望遠鏡的功能性調試,這是望遠鏡調試工作的一個非常重要的階段性成果。

通俗地說,"FAST 已經是初具威力的巨型射電望遠鏡,也充分驗證瞭該望遠鏡在靈敏度上的優勢。"

嚴俊透露,本年度的試觀測計劃是 500 個小時,截至目前,FAST 已經積累瞭 700 個小時的試觀測時長,已提前超額完成瞭本年度的試觀測任務。

這每一個小時背後,都有科研人員付出的心血。李菂說,每一次掃描,科研人員不僅需要重新設計軟件,數據處理上也要付出更多 " 體力勞動 " ——這也是在脈沖星搜索上," 漂移掃描 " 方式被很少運用的一個原因。

好在," 天眼 " 每次掃描都能獲得一到兩個高質量的脈沖星候選體。

南仁東生前曾說,希望借助 FAST 這隻巨大 " 天眼 ",窺探星際之間互動的信息,觀測暗物質,測定黑洞質量,甚至搜尋 " 可能存在的星外文明 "。

對此,李菂並不回避,他說,星外文明的搜索是一個嚴肅的科學目標,不過 FAST 目前正處在調試期,尚未開展類似研究。

" 過來人 " 喬治 · 霍佈斯介紹,帕克斯望遠鏡目前有 20% 的時間分配給瞭 " 尋找外星人 ",不過截至目前,仍一無所獲。

至於 " 中國天眼 ",喬治 · 霍佈斯說," 它看得更遠 "。

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