知道世界上最大的天文望遠鏡在哪裡嗎?中國貴州有一臺球面射電望遠鏡直徑達到500米,造價約7億人民幣。自從排名第二的305米美國阿雷西博天文望遠鏡垮塌報廢后,第三名的望遠鏡“綠岸”直徑只有100米,採集區面積還不到中國“天眼”的5%。
你以為中國的科技樹就到此為止了?不!天體物理學家、中國科學院院士武向平說,FAST只不過是中國500米口徑射電望遠鏡陣列中的第一個,接下來我們還要再建設5座500米、“還能建更大的”射電望遠鏡,透過天文干涉測量技術將這些龐然大物聯網,可以組成一臺超巨型望遠鏡,足以領先世界50年!
有朋友講:FAST的作用我懂,它就是拿來找宇宙中的脈衝星,聽說已經找到了幾百顆,但為什麼還要造5座?難道是我們還發現了什麼秘而不宣的新東西?
說起天文望遠鏡,大家第一個想到的恐怕就是哈勃空間望遠鏡,它拍攝的浩瀚星空影象令人印象深刻。31年前,美國和歐洲耗資47億美元建造了這臺直徑2.4米的光學望遠鏡,至今為止哈勃已經花費超過100億美元,但它對人類認識宇宙的貢獻有目共睹。
作為一臺光學望遠鏡,哈勃只能觀測從近紅外、可見光到紫外線波長的宇宙影象。我們知道宇宙中光的波長範圍很寬,有許多星球發出伽馬射線、X射線、遠紅外以及微波射線,恰恰是這些我們看不見的光才揭示出宇宙運動及演變的真相。為了進一步瞭解宇宙,科學家們需要更多其它型別的裝置,射電望遠鏡就是其中一種。
中國“天眼”可以接收0.1米~4.3米波長(3.0GHz~70MHz)宇宙電波,這些電波訊號可以輕易穿透地球大氣層,它們可能攜帶了幾百億光年外恆星爆炸甚至黑洞合併的資訊。
我們為什麼要做大的望遠鏡?道理很簡單:望遠鏡的孔徑越大,它同時接收到的光子數量就越多,“看”目標就越清晰。當然啦,在大孔徑的基礎上,你的感測器的靈敏度也要足夠高,否則就是近視眼、老花眼、“眼大無光”,這相當考驗一個國家的科學技術水平。
美國當年在製造哈勃空間望遠鏡時,就在打磨主鏡片時出了差錯,好巧不巧的是,地面測試過程中也沒注意到這個問題,結果在把望遠鏡發射上天之後才發現:哈勃是個“近視眼”,看啥都不清楚!萬般無奈之下,科學家只能給哈勃另配一副“眼鏡”COSTAR來矯正近視,多花十幾億美元不說,還廢掉了望遠鏡裡的一套高速光度計(HSP),HSP原本是用來測量快速變化天體的亮度和極性的重要裝置。
由於FAST擁有極大的觀測孔徑以及極高靈敏度,它曾經在47天內連續觀測到1652次宇宙快速射電爆發(FRB),遠超此前望遠鏡發現的總和,這是美國天體物理學家連想都不敢想的事情!
FRB是怎麼發生的?它怎麼能在千分之一秒時間裡爆發出太陽一年輸出的總能量?為什麼有些訊號會有規律地重複出現?這會是外星人制造出來的通訊訊號嗎?超精密的500米孔徑射電望遠鏡有助於揭示覆雜的宇宙瞬間形態,但要揭開宇宙更深層的秘密,我們還需要更多、更大、更精密的觀測裝置。
為了測量中子星、黑洞合併時發出的引力波,科學家們煞費苦心。鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)能測量4000米長度內千分之一質子直徑的位移變化,但更精確的測量還是要依賴幾千光年外的毫秒脈衝星。
天文學家們試圖從宇宙中找到足夠多的脈衝星,測量其位置和頻率,利用它們組成空間陣列。透過測量脈衝星訊號到達地球時間的早晚,我們可以觀察地球與脈衝星之間的時空彎曲,從而探測並瞭解到更多引力波的資訊。
為了找到更多更穩定的毫秒脈衝星,科學家需要耗費許多年時間。如果我們有幾座FAST射電望遠鏡組成陣列,就可以大幅縮短找星星的時間,從而快速推進科學發現的程序。
更大的FAST陣列意味著更敏銳的眼睛,能夠看到別人看不見的事物,可以探測太空中極其微弱的訊號,包括可能的外星文明的座標資訊。
作為一種大科學裝置,FAST除了用來找脈衝星與外星文明訊號,還用來對宇宙中的星際分子、中性氫等等進行觀測和調查,這些都有助於揭開宇宙形成以及生命誕生的秘密。你擁有這種裝置越先進、越多,你在國際科學界就越有話語權,就會有更多優秀科學家要來與你合作。這反過來也將促進我們更快地進步。
從這個角度看,FAST就像一張巨網,不僅網盡星辰大海,還將網羅天下英才,讓他們一起來為中華民族的偉大復興出力。