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「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅( 三 )


这五个大项目分别是：
（1）多科学目标漂移扫描同时巡天（CRAFTS； Li et al 。2018）
（2）银道面脉冲星巡天
（3）脉冲星测时
（4）M31中性氢成像和脉冲星搜寻
（5）快速射电暴
前四类项目基本可以总结为看脉冲星和中性氢谱线 ， 而最后一个则是新兴的一种暂现源 。 下面我们分别来解说一下这三个部分：
脉冲星
脉冲星是一种比较极端的天体 ， 一般认为它是由中子星的快速旋转所造成的电磁脉冲信号 。 FAST在其调试期间便已经开始了脉冲星观测 。 2017年8月22日 ， FAST探测到了它的第一颗新脉冲星（图9） ， 而至今为止 ， 已经确认探测到了100多颗新脉冲星 ， 整个巡天预期将会发现上千颗新的脉冲星 。
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图10/14图9：FAST发现的第一颗脉冲星艺术想象图（上图）和第一颗毫秒脉冲星（下图 ， 其脉冲周期约为5.19毫秒） ， 图片来源：王培除了发现新的脉冲星以外 ， 对脉冲星发射的脉冲进行测时也非常重要 。 一般来讲 ， 脉冲星的脉冲周期是非常准时的 ， 通过对脉冲星持续的测时 ， 研究这些脉冲周期的变化 ， 不仅可以探知脉冲星内部的物理结构 ， 甚至可以探测宇宙空间内的背景引力波 。
中性氢
中性氢就是氢原子 ， 结构非常简单 ， 就一个质子加一个电子 ， 但它是宇宙中含量最多的原子 。 像银河系以及隔壁的仙女星系这样的星系中 ， 到处都弥漫着中性氢原子 ， 它是星系内气体的重要组成部分 ， 也是产生太阳以及夜空中其他闪亮恒星的原材料 。
氢原子会发出一种很有特点的谱线 ， 是由它的质子和电子的自旋相互作用产生的 ， 这种谱线的能量很低 ， 波长是21厘米 ， 因此也叫21厘米线 ， 换算成频率则是1420 MHz ， 正好在FAST观测频率范围之内 。 21厘米线的观测可以告诉我们银河系内以及众多河外星系里中性氢的含量 ， 而这是在别的波段几乎无法测量的 。 因此这个波段也受到人们的特别保护 ， 一般的人造信号是不允许使用这个频率的 。
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图11/14「新浪科技综合」天眼看宇宙：从脉冲星到外星人新浪科技综合2020-07-15 10:10:150阅
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图12/14图10：M31是距离银河系最近的大型旋涡星系 。 上图为M31的光学波段照片；下图为用26米的射电望远镜拍摄的M31中性氢21厘米线图像（左下） ， 以及用21厘米线测得的M31不同部分的速度（右下） 。 光学图片来自Toren Hansen （wikipedia） ， 中性氢图片来自Chemin ，Carignan & Foster（2009）之前阿雷西博也曾经做过中性氢巡天 ， 只不过观测的天区比较小 ， 其河外中性氢巡天大约扫过了整个天空的1/6 ， 共探测到了三万多个河外星系 ， 距离基本都在8亿光年以内（Haynes et al 。2018） 。 这已经是现今最深的大面积河外中性氢巡天了 。 而FAST的漂移扫描巡天计划观测大约整个天空的1/2 ， 预期能看到几十万个河外星系 ， 最远距离可达10-60亿光年 。
大范围地同时搜寻中性氢和脉冲星信号 ， 实际上是一个很有雄心的计划 。 阿雷西博当年的脉冲星和中性氢巡天是分开进行的 。 这种新的同时搜寻的技术手段将大大加快巡天的速度 。
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图13/14图11：CRAFTS计划（crafts.bao.ac.cn；Li et al 。2018）快速射电暴
快速射电暴是一个新兴的热门领域 。 快速射电暴是一种非常强大的射电爆发 ， 它在几个毫秒到几十毫秒内能释放出相当于太阳在一整天内释放的能量 。 自从2007年邓肯·洛里默（Duncan Lorimer）和他的学生大卫·纳科维奇（David Narkevic）发现了第一个快速射电暴事件之后（Lorimer et al 。2007） ， 这个领域也迅速走红 。 这些年来 ， 快速射电暴事件一共发现了几百例 ， 但它们的起源仍是一个谜 。 2018年11月 ， FAST发现了第一个新的快速射电暴FRB181123（Zhu et al 。2020） 。 后续更多的FAST观测也许会为我们揭示出它的谜底 。
外星人？
除了以上重要的科学问题以外 ， 还有一个很让人纠结的问题：FAST能不能探测到外星人？我们这里暂不讨论有没有外星人的问题 ， 只来考虑另一个相关问题：如果有外星人 ， 而且他们已经建立了相当高级的外星文明 ， 那么 ， 用什么手段最容易探测得到他们？
要探测这些文明的信号 ， 就要找到一个在太空传播过程中最不容易衰减的波段 ， 而射电波段正好符合这个要求 。 另外 ， 射电波段的信号也更容易携带文明的“技术特征” ， 比如我们平时用于远距离通信的手机、卫星天线等等都用的是射电波段 。 当年乔丝琳·贝尔（Jocelyn Bell）最初发现脉冲星信号的时候 ， 就怀疑过那是外星“小绿人”发射过来的信号 ， 因为这些脉冲的周期太整齐了 ， 非常像人为的信号 。
在小说《三体》中 ， 叶文洁与三体人的接触也是通过“红岸”基地发射的射电信号 ， 从而将地球暴露在了三体文明的威胁之下 。 FAST作为现今最灵敏的射电望远镜 ， 也许确实是最有希望探测到外星文明信号的设备之一 。 不过大家可以放心 ， FAST只有接收天线 ， 并没有发射雷达 ， 即便探测到外星文明也暂时不可能发射信号去联系他们 。


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