“在射電天文學(xué)領(lǐng)域，我們已經(jīng)進入第一方隊”
——“中國天眼”取得一系列重大科學(xué)成果
觀測服務(wù)超過5200個機時，超過預(yù)期目標(biāo)近2倍；累計發(fā)現(xiàn)脈沖星超過240顆；基于觀測數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文達到40余篇……這是被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)自建成以來取得的成績。
11月4日，中國科學(xué)院國家天文臺舉行發(fā)布會介紹，“中國天眼”運行穩(wěn)定可靠，取得一系列重大科學(xué)成果。其中，“中國天眼”的快速射電暴研究成果近日陸續(xù)發(fā)表于國際科學(xué)期刊《自然》雜志?！爸袊煅邸钡捻樌\行，使得我國相關(guān)科研團隊迅速成為國際快速射電暴的核心研究力量。
“天文學(xué)是一門極度依賴觀測設(shè)備的科學(xué)，沒有觀測設(shè)備，只能根據(jù)別人的資料進行研究?！敝袊茖W(xué)院院士、FAST科學(xué)委員會主任武向平在發(fā)布會上說，“有了大國利器，我們在國際天文學(xué)領(lǐng)域的地位就不一樣了……在射電天文學(xué)領(lǐng)域，我們已經(jīng)進入第一方隊?！?/p>
對天文學(xué)前沿領(lǐng)域的研究不再依賴“二手資料”
在廣袤的宇宙中，經(jīng)常有一些射電波襲來，僅僅閃現(xiàn)幾毫秒。天文學(xué)家一直企圖尋求真相：誰發(fā)出了這些電波？如此快速閃現(xiàn)的電波包含了什么信息？
2017年，天文學(xué)家捕獲到一個毫秒時標(biāo)的無線電爆發(fā)，它竟然在幾個小時內(nèi)重復(fù)了幾次。天文學(xué)家利用世界多臺大射電望遠鏡聯(lián)合探測進行快速定位，終于將一個重復(fù)爆發(fā)的無線電快速閃現(xiàn)源定位到宇宙深處30億光年之外的一個星系里。
不過，這些研究很長一段時間與中國無緣。“過去，因為沒有大射電望遠鏡，中國天文學(xué)家無法拿到第一手資料，所以在這個前沿領(lǐng)域的研究中，多數(shù)是做理論研究。”中國科學(xué)院院士、國家天文臺臺長常進說。
2020年1月，“中國天眼”通過國家驗收。這臺反射面面積相當(dāng)于大約30個標(biāo)準(zhǔn)足球場、世界上最靈敏的單口徑射電望遠鏡，大大拓展了人類的視野，也使中國的天文學(xué)家終于有機會走到射電天文研究的最前沿。
借助“中國天眼”，中國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙毫秒無線電爆發(fā)的新物理現(xiàn)象：最近，北京大學(xué)教授、國家天文臺研究員李柯伽研究團隊利用“中國天眼”探測到一例快速射電重復(fù)暴，在國際上首次發(fā)現(xiàn)該重復(fù)暴的輻射具有非常豐富的偏振特征，這一觀測對快速射電暴的輻射起源提供了新的信息；北京師范大學(xué)林琳博士、北京大學(xué)張春風(fēng)博士、國家天文臺王培博士等聯(lián)合研究團隊利用“中國天眼”對銀河系磁星軟伽馬射線重復(fù)暴進行多波段聯(lián)合觀測，發(fā)現(xiàn)了軟伽馬射線重復(fù)暴與快速射電重復(fù)暴的爆發(fā)具有較弱的相關(guān)性。
如果沒有“中國天眼”，中國天文學(xué)家對這些前沿領(lǐng)域的研究，或許仍然只能依賴別人的“二手資料”。
“我們有信心搜尋到一千顆脈沖星”
快速射電暴的研究只是一個縮影?！半S著性能的提升，‘中國天眼’科學(xué)潛力逐步顯現(xiàn)。”常進指出，“中國天眼”的超高靈敏度使其在射電瞬變源方面具有重大潛力，有望在短時期內(nèi)實現(xiàn)納赫茲的引力波探測、捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波，為研究宇宙大爆炸原初時刻的物理過程提供數(shù)據(jù)支撐。同時，它還有能力將我國深空探測及通信能力延伸至太陽系邊緣，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。
引力波的探測是近年來天文學(xué)界的熱門話題。通過對毫秒脈沖星的長期監(jiān)測，選取一定數(shù)目的毫秒脈沖星組成計時陣列，可以探測來自超大質(zhì)量雙黑洞等天體發(fā)出的低頻引力波?！笆芤嬗凇袊煅邸哽`敏度，我們已經(jīng)將脈沖星的測時精度提升至少一個數(shù)量級，這有望使人類首次具備納赫茲引力波的探測能力?？梢哉f，我們已經(jīng)走在‘出大成果’的攀登之路上。”常進說。
脈沖星因不斷發(fā)出電磁脈沖而得名，是一種未知的天體。常進介紹，“中國天眼”發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量超過240顆。其中，在球狀星團M92中發(fā)現(xiàn)的是一個具有掩食現(xiàn)象的毫秒脈沖雙星，這是在M92中發(fā)現(xiàn)的第一顆毫秒脈沖星，密近的軌道和較大的伴星質(zhì)量預(yù)示著伴星的物質(zhì)正在被脈沖星吸積。借助“中國天眼”的高靈敏度，伴星及其星風(fēng)的遮擋帶來的脈沖星信號掩食現(xiàn)象和伴星星風(fēng)導(dǎo)致的脈沖星信號到達時間延遲都被清晰觀測到。具有這些特殊現(xiàn)象的脈沖雙星，在天文學(xué)中被稱為“紅背蜘蛛”系統(tǒng)。該發(fā)現(xiàn)被美國天文學(xué)會選為亮點研究成果。
“中國天眼”未來的一個重要任務(wù)是搜尋更多脈沖星?！拔覀冇行判乃褜さ揭磺ьw脈沖星?！眹姨煳呐_首席研究員韓金林說，較近的脈沖星已都被國外發(fā)現(xiàn)，我們只能搜尋更遠的?！凹偃缬?，我們不漏掉任何一顆?！?/p>
“中國天眼”將向全世界科學(xué)家開放
其實，“中國天眼”的先進測量技術(shù)遠不止于望遠鏡本身，在其他領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。例如在高精度地礦勘探方面，可以利用慣性組件與衛(wèi)星導(dǎo)航融合技術(shù)，為重力測量提供高精度的位置和方位姿態(tài)基準(zhǔn)；在海洋測繪中，采用慣性組件與聲吶等測量技術(shù)融合，實現(xiàn)海底測繪，為勘探區(qū)作業(yè)的機器設(shè)備建立高精度的時空和姿態(tài)基準(zhǔn)。
目前，“中國天眼”已經(jīng)正式對國內(nèi)天文學(xué)家開放運行，設(shè)施運行穩(wěn)定可靠，近一年已經(jīng)觀測服務(wù)了超過5200個觀測機時。2020年2月，“中國天眼”正式啟動了科學(xué)委員會遴選出的五個“優(yōu)先和重大項目”，已經(jīng)有近兩百名科學(xué)用戶開始使用并處理“中國天眼”的科學(xué)數(shù)據(jù)。
2020年4月，“中國天眼”觀測時間分配委員會開始向國內(nèi)天文界征集自由申請項目，目前已經(jīng)接到170余份申請，申請的總時間約5500個小時，實際批準(zhǔn)1500個機時，只有30%能得到支持?？梢姡爸袊煅邸庇^測時間競爭相當(dāng)激烈。
盡管激烈，但“中國天眼”還將面向更多科學(xué)家?！懊髂辍袊煅邸瘜⑾蛉蜷_放，全世界的科學(xué)家都可以使用這臺世界上最大的射電望遠鏡，一起為探索宇宙的奧秘、推動人類文明的進步作貢獻，構(gòu)建人類命運共同體?！蔽湎蚱皆诎l(fā)布會上宣布。
同一個太空，同一個家園。未來，“中國天眼”將帶來更多來自太空的驚喜。
(本報北京11月4日電 本報記者 陳海波)