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最大单口径射电望远镜FAST:中国准备搜寻外星人

五毛网 科技 2017年09月01日 来源:天人对话

预计在未来几年,一座口径达500米的球面射电望远镜FAST,将在贵州喀斯特洼地建成。该项目首席科学家、中科院国家天文台南仁东研究员在上海召开的“中国天文学会2006年学术年会”上表示,与世界现有最大口径100米望远镜相比,其观测能力提高了10倍,并且将在未来20~30年保持世界领先地位。

您见过口径达到500米,“塞满”整个山谷的望远镜吗?这就是世界上最大单口径射电望远镜——已于2008年12月底在我国正式开工建设的、相当于 30个足球场大的FAST望远镜。

不仅中国的天文学家为之振奋,全世界的天文学家也在紧盯FAST——寄希望于这个最大的“天眼”或许能找到外星人,并解开宇宙起源之谜。

FAST设计综合体现了我国高技术创新能力,代表了我国天文科学领域先进水平,并将在未来20年至30年内保持世界领先地位。

射电望远镜搜寻外星人的巨无霸

记者:我们知道天文望远镜是非常重要的,通过它,科学家可以获取大量的天文信息,目前我国正在建造世界最大的射电望远镜,请问南老师,这种射电望远镜是用来做什么的?

南仁东:在众多的用途中,也许公众比较感兴趣的领域是用来搜寻地外文明。地球之外的众多星体中是否还有高等文明的存在,是所有人都想知道的,也是在现代科技飞速发展的情况下,摆在科学家面前的一个重大的课题。

那么,探寻有无高等文明的存在靠什么?我们知道,天体之间的距离是非常遥远的,人马座的比邻星是除太阳外离地球最近的一颗恒星,距离地球4。27光年,所以我们不可能发射一种能够直接到达的探测器去探索它们。

而现代电子技术、无线电通信、计算机技术的迅猛发展,为天文学家们搜寻地外文明提供了一种好办法——利用射电波即无线电波寻找地外文明。一旦在遥远的某个恒星上有理性社会及文明存在的话,他们的活动所产生的无线电波(电磁波的一种)就会自觉不自觉地向外发送,并很可能会传到地球。如果我们在地球上建立了这种电磁波的接收装置,就可能接收到外星射电波,从而获得地外文明存在的信息。

记者:这确实令人兴奋。那么我国这个名为FAST的、世界最大的射电望远镜将会在搜寻地外文明中起到重要作用?

南仁东:是的,FAST是球面状的、孔径达500米的射电望远镜,即Five-hundred-meterAperture Spherical radioTelescope的英文缩略字头,建成之后将成为世界最大射电望远镜,成为搜寻地外文明最有效的利器。由于星球间的距离太远,电磁波信息会混杂在宇宙空间的各种辐射波中,以至于到达地球以后都将非常的弱(除非信号是定向发送给我们的),微弱的信号可能如同夹杂在雷声中的蝉鸣,如果接收设备不先进的话,很容易遗漏或难以分辨。所以,天文学家需要一个巨大的“耳朵”,这就是巨型射电望远镜,它可以收集极遥远的物体资料,而搜寻地外文明是射电望远镜的重要任务之一。

云马FAST项目12米面板照片

记者:FAST还可以用来做什么?

南仁东:有了射电望远镜,我们就可以通过探测宇宙天体电磁辐射来揭示天体奥秘。射电天文学家利用不断发展的射电望远镜,已经探测了许多星系的结构和大小,发现了类星体、脉冲星、星际分子和3K微波背景辐射,证实了广义相对论所预言的一些理论,如引力辐射;探测到引力透镜以及百余种存在于星际空间的无机分子和有机分子,及这些集结成团所形成的巨大的分子云等,探测了活动星系核的致密结构并发现了其中的视超光速运动,发现并广泛探测了太阳及木星的射电爆发、金星的温室效应及黑洞存在的直接观测证据。近40年中,获诺贝尔物理学奖的10项涉及天文学的项目中,就有6项直接或主要通过射电天文手段取得。可以说,射电天文学在诞生至今的70多年里,已成为重大天文发现的发祥地和天文诺贝尔奖的摇篮。

记者:射电望远镜与其他的天文望远镜比,有什么特别之处?

南仁东:大家可能对卫星电视接收比较了解,主要是用天线接收无线电波信号,射电望远镜原理和卫星天线相似,它通过接收来自遥远天体的电磁辐射信号,对其强度,频谱和磁场偏振进行分析和研究。简单地说,它主要由这几部分组成:收集射电波的定向天线,放大射电信号的高灵敏度接收机,最后是终端设备把信号记录下来,并按特定的要求进行某些处理后显示出来,通过进一步的分析研究以了解有关天体的物理特性、环境、演化、乃至化学组成。

记者:是否可以这样理解,其他天文望远镜主要是用来“看”的,而射电望远镜主要是用来“听”的?

南仁东:其实,都可以理解为是用来“看”的,只是光学望远镜主要以用眼睛来看,看到的往往是发光或反光物体本身,物体之所以被肉眼看到,是因为其发出了可见光,可见光也是具有特定波长的电磁波,“可见光区”的波谱范围其实很窄,其两端就是我们已经较为熟悉的“红外”,“紫外”,事实上,天体的辐射覆盖整个电磁波段。所以,与接收可见光的传统光学望远镜不同,射电望远镜接收的是天体射出的几乎所有的无线电波。它既没有镜筒,也没有物镜、目镜,而是由天线和接收系统等部分组成。

射电望远镜因具有高穿透性、观测范围广、观测距离远的特点,而成为目前天文学研究中重要观测设备,日益受到国际科学家的重视,一批有更高灵敏度、更高分辨率和更完整波段的大型射电望远镜正在各国相继实施建设或即将投入运行。

FAST为何“花”落中国?

记者:目前在我国正在建造FAST,它将是世界最大的射电望远镜,也是一个国际项目,那么它为什么会“花”落中国?

南仁东:1993年国际无线电联大会上,包括我国在内的10国天文学家提出建造巨型望远镜计划。自1994年,我国天文学家提出在贵州喀斯特洼地中建造大口径球面射电望远镜的建议和工程方案,它是我国射电天文学家根据国际大环境、我国特有的地理条件、国内外合作、和工程团队不断探索,逐步研究和提出来的。这一研究工作得到了国际天文学界的广泛支持,目前我国经济实力、制造能力、天文学发展、方案设计、地质条件等许多方面都达到了可以建造这样一个大射电望远镜的条件和能力。

史上着名的“搜寻外星人”计划

“奥兹玛”计划:20世纪60年代,人们开始尝试接收地外文明世界发出的无线电信号。美国国家射电天文台的天文学家德雷克使用一台口径为26米的射电望远镜,选择21厘米的波长来开始了星际通信实验,并被命名为 “奥兹玛”计划。德雷克对类似太阳的恒星鲸鱼座τ星波江座ε星进行了200小时观测。这一先驱性星际通信工作除环境无线电干扰引起的假警报外,没有找到地外文明存在的证据,但他为后续的研究提出了很多新的思考,例如着名的德雷克公式就是在奥兹玛计划期间构思的。

独眼神计划:1972年提出,全面叙述了“SETI(搜寻地外生命)”的意义、方法及可能性,提出了星际无线通信是SETI唯一可行的方法,给出了最佳的频率范围。独眼神计划是射电天文史上最野心勃勃的计划。投资预算超过60亿美元,工期10年至15年。虽然该计划最终并没有得到政府资助,但它在科学和技术上对SETI的影响至今不衰。

高分辨率微波巡视计划:这一计划拟使用像阿雷西博这样世界级的大型射电望远镜巡视100光年之内的800至1000颗类太阳恒星。其数字接收机可以同时扫描上千万个频率通道,识别微弱的讯号。这一计划背后有着明显的国防与军事目的。

凤凰计划:该计划使用了国际上大型的低纬度射电望远镜,在微波窗口对1000颗临近的类太阳恒星进行搜索。在总共几万次的观测中,几千种接收到的信号或者与认为电磁波干扰相符合,或者被判定为环境干扰,剩下的近百种可疑信号源,后来也都证明不是星际通信。

地外文明的搜索也许明天成功,也许永远没有音信,它的结果无法预测。如果运气不坏,我们也许能够在有生之年知道在银河系里面,我们人类是不是孤独者。但很多天文学家充满希望地认为,他们一定能够发现很多地外的朋友。

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