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上了新闻联播的6颗脉冲星 到底能干啥?

2017-10-11 00:11    来源:政知道    编辑:鲁石明

“中国天眼”又一次上了新闻联播。

中国科学院国家天文台10日宣布,科学家利用被誉为“中国天眼”的世界最大射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)在银河系内发现了6颗新的脉冲星。

这6颗脉冲星都通过了国际认证,10日的发布会公布了编号为J1859-0131和J1931-01的2颗脉冲星的详细信息。前者自转周期为1.83秒,距离地球约1.6万光年;后者自转周期为0.59秒,距离地球约4100光年。

这为什么能上新闻联播呢?当然是事儿大了。

政知道先引个官方说法,这是中国人首次利用自己独立研制的射电望远镜发现脉冲星。说完这个问题来了,看到脉冲星意味着什么?能干什么?

什么是脉冲星?

回答前面的问题之前,我们首先来介绍一个基本概念:什么是脉冲星?

脉冲星就是正在快速自转的中子星。这样的中子星由于快速自转而发出射电脉冲,所以有脉冲星之名。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。

那为什么自转能形成脉冲呢?原理就像我们乘坐轮船在海里航行,看到灯塔一样。设想一座灯塔内的灯总是亮着且不断旋转,每转一圈,灯光射到船上一次。在我们看来,灯塔的光就连续地一明一灭。脉冲星也是一样,当它每自转一周,我们就接收到一次它辐射的电磁波,于是就形成一断一续的脉冲。

不过,中子星与其他星体(如太阳)发光不一样,太阳表面到处发亮,中子星表面只有两个亮斑,别处都是暗的。这是由于中子星本身存在着极大的磁场,强磁场把辐射封闭起来,使中子星辐射只能沿着磁轴方向,从两个磁极区出来。

另外,并不是所有的中子星都是脉冲星。因为当中子星的辐射束不扫过地球时,我们就接收不到脉冲信号,此时中子星就不表现为脉冲星。至今,脉冲星已找到了2700多颗。

谁最先发现脉冲星?

脉冲星是20世纪60年代天文的四大发现之一。最先发现它时,科学家还以为是外星人传来的信号。

1967年8月,剑桥射电天文台的女研究生贝尔在纷乱的记录纸带上察觉到一个奇怪的“干扰”信号,经多次反复钻研,她成功地认证:地球每隔1.33秒接收到一个极其规则的脉冲。得知这一惊人消息,她的导师休伊什曾怀疑这可能是外星人——“小绿人”——发出的摩尔斯电码。

不过,进一步的测量表明,这个天体发出脉冲的频率精确得令人难以置信,并没有电码的明显丰富信息。接下来,贝尔又找出了另外3个类似的源,所以排除了外星人信号,因为不可能有三个“小绿人”在不同方向、同时向地球发射稳定频率信号。

1968年2月,贝尔和休伊什联名在英国《自然》杂志上报告了新型天体——脉冲星的发现。这是20世纪激动人心的重大发现,为人类探索自然开辟了新的领域,成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。

贝尔的导师休伊什最终因这项发现获得1974年诺贝尔物理学奖。作为第一发现者的贝尔,因是女性,且是女学生,在这项发现中的贡献被忽略。直到1993年,两位美国天文学家因发现脉冲星双星而荣获诺贝尔奖时,诺贝尔奖委员会邀请贝尔参加了颁奖仪式,算是一种补偿。

不过,脉冲星发现以来,除了诺贝尔奖,贝尔荣获了十几项世界级科学奖,并成为科学大使。

找到脉冲星能干啥?

为什么脉冲星的发现如此重要?

这需要说到脉冲星的一个奇异的特性——短而稳定的脉冲周期。短的大约千分之一秒,如0.0014秒,长的也不过11.765735秒。这让它能够成为人类在宇宙中航行的“灯塔”,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供自主导航信息服务。

脉冲星是恒星在超新星阶段爆发后的产物。政知道这里自然想到了科幻小说《三体》。超新星爆发之后,就只剩下了一个“核”,在旋转过程中,它的磁场会使它形成强烈的电波很规律地向外界辐射。正是由于其强烈的规律性,使脉冲星成为宇宙中最精确的时钟。

脉冲星在射电、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等电磁波频段产生信号辐射。其中,X射线脉冲星导航是实现航天器长时间高精度自主导航的可行途径,具有传统导航技术无法比拟的性能优势,比如X射线脉冲星导航能够为航天器提供10维导航信息,导航适用于整个太阳系,并且时间长、精度高。

最重要的是自主性。脉冲星辐射的X射线信号是一种天然信标,因此X射线脉冲星导航具有信息完备性、实时操作性、不发信号、不依赖地面站和长时间运行等自主导航特征,是真正意义上的航天器自主导航的有效途径。

2007年10月,我国成功发射“嫦娥一号”卫星,实现了绕月飞行;2010年10月,“嫦娥二号”卫星实现了对月球表面的高分辨率立体成像,并到达日地第二拉格朗日点(L2)进行科学探测。

中国找到脉冲星多亏了他

在中国,要说脉冲星,就要说到“中国天眼”背后的人,南仁东。

南仁东的名字,与FAST密不可分。1945年出生的他,一生极富传奇色彩,从清华大学电子工程系毕业后,他在东北的一个无线电厂一干就是十年。改革开放后,曾参加过十国大射电望远镜计划。这位驰骋于国际天文界的科学家,曾得到美国、日本天文界的青睐,却在20世纪90年代中期毅然舍弃高薪,回国就任中国科学院北京天文台副台长。当时他一年的工资,只等于国外一天的工资。

1993年,日本东京,国际无线电科学联盟大会上,科学家们提出,在全球电波环境继续恶化之前,建造新一代射电望远镜,接收更多来自外太空的讯息。南仁东跟同事说:“咱们也建一个吧。”

没有多少人看好这个设想。能不能找到合适的地方?施工难度能不能克服?这些都是未知数,在疑虑声中,南仁东带着300多幅卫星遥感图,跋涉在中国西南的大山里。访山归来,南仁东心里有了底,正式提出利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想。

有那么几年时间,南仁东成了一名“推销员”,大会小会、中国外国,逢人就推销自己的大望远镜项目,为的是筹集到足够多的资金。“我开始拍全世界的马屁,让全世界来支持我们。”他一度这样自嘲。

正是由于南仁东的坚持,中国的射电望远镜最终落地贵州。2016年9月25日,FAST竣工正式进入试调试阶段。

贝尔今年早些时候访问中国并参观了FAST,她相信FAST能发现更多微弱、遥远、独特的脉冲星,希望FAST可以发现围绕黑洞旋转的脉冲星。

果然,脉冲星被发现。

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