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“中国天眼”的新发现,终结了天文界持续几年时间的一场争论

2022-10-25 22:49:54 737

摘要:综述宇宙到底有什么?这或许是古往今来人类一直都在思考的问题。只是在过去,因为技术和知识水平的不足,人们并无法借用科技的手段来对未知的宇宙进行探索,甚至且不论遥远的太空,就连身边的现象古人都无法解释。比如下雨雷电是怎么来的,比如春夏秋冬是怎么...


综述

宇宙到底有什么?这或许是古往今来人类一直都在思考的问题。只是在过去,因为技术和知识水平的不足,人们并无法借用科技的手段来对未知的宇宙进行探索,甚至且不论遥远的太空,就连身边的现象古人都无法解释。

比如下雨雷电是怎么来的,比如春夏秋冬是怎么形成的等等,这些都是难倒了无数古人的难解之题。


当然,实在是解释不出来,这些自然现象就转身一变,成为了神仙的手笔,譬如雨神或者是龙王行雨,带给民间雨水或者洪涝,而雷公电母掌管雷电,能够自由地驱使威力巨大的雷电之力。

在文艺复兴以后,以往遭受宗教压迫,陷入宗教编制的美梦中的欧洲人开始觉醒了科学的思想,天文学也从原本的神秘学中独立了出来,成为了一门科学学科。而后来望远镜的发明更是给天文学带来了革命性的突破,人们见识到了更加真实,当时也更加奥秘的宇宙世界。


上个世纪60年代,美苏就太空领域的成就开启了竞赛,一方面是冷战的白热化趋势,一方面也是因为双方都想要展现自己的高新技术实力,占领航天航空领域的霸主地位。

尽管我国在当时因为技术和资金等多方面的原因并未参与其中,甚至里面的许多技术我们都无法掌握,直到如今也没有再现美国的载人登月成就,但是随着改革开放,基础设施和积极的稳步发展之下,我国的航天事业虽然慢,却始终在向前进步。


而在贵州,我国更是建造出了全世界最大也是最灵敏的射电望远镜,并且是由我国科学家们独立研发,从每个部件每个零件都是“made in China”,共有500米的单口径,被誉为是“中国天眼”。

中国天眼

1993年,为了发展我国的天文学,研究更加深奥的宇宙难题,我国的天文学家们提出了想要建造巨型望远镜的计划,并在探索和分析之后将建造的地点计划在了贵州。


自然,这样一个巨型的工程并非是说说就能开始建造的,而是需要各个部门进行实地考察、专家评审等多项前期工作,以及确定工程以后,进行招标、验收等等工作才能进行。

也因此,在经历了漫长的18年的时间,2011年3月25日,500米单口径射电望远镜工程终于开始动工,只是工程量太大,一直到2016年9月25日才建成开始使用。


“中国天眼”占地面积达到了260000 m²,其中有六个主要的建设内容,比如主动反射面,就需要4450个反射单元组成的250000m²的反射面系统,以及8895根钢索。

这其中的艰难和挑战是世界少有的,不仅仅只是巨大的工程量,还有极高精度的要求,该射电望远镜加入了许多技术和科技上的创新,才最终实现了我们如今看到的“中国天眼”的样子。


然而实际上,从“中国天眼”开始立项,到建造成功,再到如今,一直都有人对其发出反对和质疑的声音,比如有人认为现在更加先进的是阵列射电望远镜,这种望远镜更加精准,而500米口径的球面射电望远镜显然已经落后,是不值得修建的。

而好不容易建完了,又让人说“中国天眼”建成以来,并没有获得太多的成就,没有发挥出什么作用。


但是其实这些质疑都是不了解真相的人才会提出,要知道单口径的射电望远镜实际上是比阵列射电望远镜要更加灵敏的,它可以观测到更细微、更遥远的电波信号,远不是阵列射电望远镜能够比得上的。

这也是为什么“中国天眼”反而成为了世界上最灵敏的射电望远镜的原因。


另一个质疑,关于为什么“中国天眼”建成以来少有成就,其实如果有关注过科学的相关学术研究就能知道,我国的500米口径球面射电望远镜其实一直都有在工作,但是由于国际要求,每一个传统的大型射电望远镜都需要经过4年或者4年以上的调试时间,才能向外开放正式使用。

“中国天眼”也正是遵循着国际的要求,由相关团队对其进行了两年左右的复杂多项观测,发现不少的关键指标都远超预期标准,于是在2019年4月宣布通过了工业验收,向我国的天文学家们试开放。


而在2020年1月11日,“中国天眼”也通过了国家岩石,正式开放运行,到如今,在“中国天眼”相关数据基础上发表出的具有高水平高质量的论文数量已经超过了70篇,并截止在2021年上半年就已经发现了370颗脉冲星,预计在5年后将可能会发现超过1000颗的脉冲星。

尽管“中国天眼”发现了如此多的脉冲星数量已经使其成为了世界当之无愧的第一,但它的最突破性的发现并不只是这个,而是——快速射电暴。


快速射电暴

或许对于很多并不关注天文学知识的人来说,这样的词条非常陌生,快速射电暴其实就是一种神秘的,来自于宇宙深处的射电天文现象,一般而言是从银河系以外来的,而关于银河系中到底有没有快速射电暴,科学家们仍然还在研究当中。

快速射电暴为什么前面会有个“快速”两个字,这其实是因为它的持续时间很短,往往只有几毫秒,但是在这不到一秒的时间里,却能够显示出如同我们头顶的太阳一天内所释放出来的能量,爆发出极其高的亮度,甚至可以将地球上几百亿年的发电量都能在短短几毫秒里释放。


2007年,科学家们从澳大利亚帕克斯射电望远镜的一些曾经存档中找到了快速射电暴的踪迹,这是早在2001年,这个望远镜记录下来的存在时间仅仅只有5毫秒的超强能量的电波信号。

科学家们分析了很久,最终才确认这是一种全新的,从未发现过的宇宙电波类型。


科学家们试图发现更多的快速射电暴,寻找它的踪迹和来源,他们认为快速射电暴其实在宇宙中每天都会发生成千上万次爆发,但是因为它存在时间极短,最久的也只有几十毫秒的时间,所以极难发现。

如果想要找到它们的痕迹,需要从射电望远镜的日常记录数据里进行极其仔细和认真地分析和研究,可就算如此,也很难寻找到它们的存在。


而关于快速射电暴的来源,因为缺少更加充分和详细的数据支撑,天文界对其研究数年,也产生了不同的看法,甚至出现了争论。

其中主要有两个快速射电暴来源的派系。第一个派系的科学家们认为,快速射电暴很有可能是从磁星上面被发射出来的。


磁星是宇宙中高度磁化的特殊的致密中子星,表面的磁场甚至比人类目前科技手段下人为制造出来的最强磁场还要强大几亿倍。

为什么会有这样的奇怪天体,科学家们并没有一个准确的回答,主流的观点有两个,其中一个是认为这是因为两个相互旋转环绕的中子星合并成为了一个新的天体,因为密度和质量太大,从而会坍缩成为了一个黑洞,而在坍缩之前就会形成特殊的具有超强磁场的磁星。


因为强大的磁场,磁星外部会包括一圈的磁层,而磁场的运动会导致磁星表面不断升温,巨大的压力之下,磁星破裂,产生了如同地震一样的“星震”。

该派系的科学家们通过对探测到的辐射特征和特性,认为快速射电暴可能就是磁星磁场的剧烈活动之下,从磁层被发射出来的电波信号。


另一个流派则认为,快速射电暴很有可能是来自一些致密天体在爆发后产生的激波相互撞击形成的辐射。

而“中国天眼”正式使用之后,因为世界第一的灵敏度,能够看见其他望远镜都无法看到的微弱无线电波,甚至能看见100多亿光年之外的电磁信号,所以用它来观测快速射电暴的存在,其实是事半功倍的事情。


我国的相关团队按照2018年澳大利亚发现的快速射电暴的数据,进行了详细的计算和追踪,成功在2019年7月观测到了4次快速射电暴,并且都是来自于一个源头的。但是由于澳方数据误差,我国后续又进行了多次的调整,最终在同年10月两日内再次观测到15次爆发。

而这些出处同源的快速射电暴无疑能够为科学家们充当研究数据,他们也发现了观测到的快速射电暴的偏振特性都不一样,更像是由高密度的磁层被发射出来的。


同时在2020年,科学家们利用“中国天眼”对银河系中磁星进行监测,发现了4月28日磁星的一次射电暴与快速射电暴有着高度的相似,同样都是毫秒的存在时间,也同样有着极高的亮度。

通过“中国天眼”的这些证据,科学家们认为快速射电暴基本上可以认定是来自于磁星的磁层活动,从而终结了天文界关于快速射电暴来源的争论,打破了一些科学家们认为的其来自于粒子冲撞的猜测。


结论

尽管有人对“中国天眼”发出了质疑,但是这项大国重器对于人类的好处是显而易见的,是惠及全球的。随着2021年“中国天眼”正式向全球开放,未来的天文学界必然少不了它的存在,或者说,以后很长一段时间任何一个宇宙深处的发现或许都将依靠“中国天眼”的数据支撑。

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