无穷科普：用FAST“大锅”寻找我们的脉冲星

核心提示：位于贵州省平塘县的FAST望远镜在9月25日正式启用，这架巨大的天文望远镜被世界誉为“中国天（da）眼（guo）”。这口“大锅”意义远不仅如此，FAST将应用于众多基础研究邻域，寻找和研究宇宙中脉冲星等方面。

位于贵州省平塘县的FAST望远镜在9月25日正式启用，这架巨大的天文望远镜被世界誉为“中国天（da）眼（guo）”。FAST 为 Five hundered meters aperture spherical Telescop 的缩写，直译过来就是“500米口径球面射电望远镜”的简称。

FAST，到底是什么呢？

恩，它就是下面的那口大锅，口径为500米，是国际上最大的单口径望远镜，它相当于30个足球场大的接收面积，是国际上目前最大的单口径望远镜。该望远镜不仅在尺寸规模上创造新世界纪录，而且在灵敏度和综合性能上具备世界最高水平。那简而言之就是FAST现在以及将来的10-20年都会保持世界一流设备的地位。



图1：FAST 望远镜实景

那为什么要做FAST项目？

FAST是射电望远镜，顾名思义，望远镜，是将远方的景物放到近的眼前，从而让我们可以看清原本肉眼看不清的东西。那么射电望远镜就是可以看清未知宇宙，帮助我们探索星际的工具。射电辐射是天体无线电波段的辐射，而无线电波可以穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃物质，因而射电望远镜可以透过星际尘埃，观测更遥远的未知宇宙。



图2：宇宙概念图

建设FAST，这样一个高科技的“望远镜”的目的到底是什么？难道仅仅是为了观测太空？

这口“大锅”意义远不仅如此，FAST将应用于众多基础研究邻域，寻找和研究宇宙中脉冲星等方面。（主要作用如下）
将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，探索宇宙的起源与演化。
研究极端状态下的物质结构与物理规矩，建立基于脉冲星的自主导航系统
发现奇异性和夸克星物质
发现中子星-黑洞双星，无须依赖模型精确测定黑洞质量
探寻识别可能的星际通信信号，寻找地外文明
发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外的第一个甲醇超脉泽的观测突破
作为最大的台址加入国际甚长基线网，为天体超精细结构成像：利用VLBI，可提供深空测轨技术服务。
通过精确测定脉冲星脉冲的到达时间来检测引力波

那脉冲星是什么？

这些作用当中比较核心的就是寻找脉冲星，脉冲星就像天体物理实验室，可以研究一些特殊天体物理和宇宙演化现象。字义上来说，脉冲星就是发射脉冲的星星，但我们肉眼看到的闪闪的星不一样，脉冲星是因为自身的辐射和运动的特性，导致会不停地闪。它是直径大约10到15公里之间，质量却比太阳还大的中子星。

附录会有点辣眼睛，有兴趣的同学可以读一读，是天文学上著名的“灯塔模型”，简单来说就是脉冲星从南北磁极发出如果灯塔光束般的强大辐射束，一圈圈扫向四周。

附：中子星绕着自身的自转轴不停地旋转，和地球很相似，有南北两个磁极。中子星磁极的磁场十分强大，一般有10^12到10^15高斯，而相比之下我们地球磁极的磁场强度仅有0.6到0.7高斯左右。电子被中子星磁极的强磁场加速，导致磁极处发出很强的辐射。在自转轴和磁轴不重合的情况下（如同地球地理南北极和地磁南北极不重合一样），随着中子星的旋转，从其南北磁极发出来的强大辐射束就会如同灯塔的光束一样，一圈圈扫向四周。当某颗中子星的辐射束扫过地球的时候，我们就会看到一个不断眨眼睛的脉冲星。

那为什么需要FAST来观测脉冲星呢？

首先学术上来说，前文说了中子星的辐射很特殊，本身很暗，但是两极的辐射束却很强大，于是只能通过观测辐射束来观测它。而中子星的辐射束大多数都只射在电波段，所以只能用射电望远镜来观测这些中子星。而即便是在可见光波段有辐射的脉冲星，由于它们发射脉冲的速度太快，人眼也是几乎不可能看到的。
目前为止，人类找到了2500余颗脉冲星，这其中的一大部分都是由澳大利亚的一口“大锅”观测到的！澳大利亚的大锅如下：



图3：澳大利亚 Parkes 射电望远镜

由于脉冲星的特殊性，所以要用巨大的“锅”去观察，那么观察脉冲星的意义呢？这个星到底为什么值得各个国家花这么大的代价去“炒”呢？广义中二地来说，这关乎整个人类的未来。

到现在为止，脉冲星已经拿了两个诺贝尔奖，其一是1967年发现第一课脉冲星，证实了中子星的存在和1974年发现双脉冲星系统，此发现为后期发现引力波的理论奠定了基础。

从诺贝尔奖上就能看出脉冲星对宇宙研究的贡献之大，为各领域的星际研究都提供观测的途径。它质量大，自转稳定，短脉冲，线偏振等特点导致其在天文学中有至关重要的地位。举个栗子，可以通过观测脉冲星来探测引力波，测量银河系的磁场，发现宇宙中的暗物质等等。

当然脉冲星的意义远不止这些基础物理的研究，如果我们能知道它的具体位置，就如同在宇宙中安插了灯塔和时钟。理论上有4颗脉冲星，就能在宇宙中为我们定位。这对未来的星际探索，航天飞行，都能作为指引方向和控制时间的工具。

这么一说，我们的“大锅”是不是特别厉害？这还都是通过我们已有的知识去推测的，宇宙中还有亿万的可能和万一等着人类去开发。所以说，这不仅仅是中国的“大锅”，是全人类在宇宙探索当中又迈出的坚实的一步，为未来的星际旅程提供后台的支持。也许、万一，FAST不久之后的发现能颠覆现在人类对宇宙的认知呢？