张唯诚 ▲ 美国阿雷西博射电望远镜  ▲ 雷伯的射电望远镜 ◆ 张唯诚 多数人都认为脉冲星不会拥有行星，然而沃尔兹刚的发现否定了这种观点。这次发现还首次证明，在太阳系之外的确存在着“系外行星”。事实上，人类在太阳系外发现的首批行星就是脉冲星PSR B1257+12周围的这3颗行星。到了1995年，人们才在一颗类似太阳的恒星周围发现了系外行星飞马座51b。 在脉冲星周围发现行星，大约只有像阿雷西博射电望远镜这样的“超级巨眼”才能做到，在它长达半个世纪的“生涯”里，还完成了很多著名的探索，把射电天文学推到了一个新的高度。例如，1974年美国物理学家约瑟夫·胡顿·泰勒和拉塞尔·艾伦·赫尔斯发现了一个射电脉冲双星系统PSR191316。两位科学家利用阿雷西博射电望远镜对这个双星系统进行了上千次观测，获得了20年的轨道周期值。他们的观测结果与广义相对论计算的结果十分相符，从而证实了引力波的存在。1993年，泰勒和赫尔斯双双荣获诺贝尔物理学奖。 在辽阔的宇宙中寻找智慧生命，这是人们从事了半个世纪的工作，而阿雷西博射电望远镜也做了非常理想的尝试，因为射电波以光速传播，效率高，速度快，是最切实可行的办法。 那次尝试是用阿雷西博射电望远镜向银河系的武仙座球状星团M13发送射电波，内容是一连串数字，它们构成了一幅由1和0组成的电码图，其含意包括氢、碳、氮、氧、磷等元素的原子序数，人类的DNA构造，人体的外形和身高，地球在太阳系中的位置等。M13包含几十万颗恒星，距地球约2.51万光年，所以这份“电报”要在宇宙中“旅行”2.5万多年才能抵达目的地。假若“外星人”收到了这份“电报”并且向我们回复，那么又需要2.5万多年才能被我们收到。 阿雷西博射电望远镜能接收从目标反射回来的信号回波，这使它有能力获得被探测物体的表面图像，也能探测目标天体上是否有水冰的信息，它用这种方法探测了月球和水星的极区，是一种很巧妙的“找水”途径。 FAST会为我们带来什么？ 相对于阿雷西博射电望远镜，FAST显然可以做更多的事，并且获得更好的效果，因为它的接收能力更强，灵敏度更高，还使用了一些前所未有的创新技术，这使它的综合性能得以大幅提高。 FAST会在探索脉冲星方面大显身手。自20世纪60年代贝尔和休伊什发现了脉冲星后，人们迄今已发现了2000余颗脉冲星，然而这些脉冲星都存在于银河系之内，银河系之外的其他星系是否也有脉冲星？它们又有什么特别的地方？这是人们非常想知道的，而FAST的强大功能完全能满足人们的这个愿望，因为它有能力在“河外星系”中发现脉冲星。FAST能在一年时间里发现数千颗脉冲星，它将建立一个脉冲星计时阵，参与未来的脉冲星自主导航和引力波探测。 FAST将观测宇宙中的中性氢。中性氢是一种气体，会发射波长为21厘米的电波。早在20世纪中叶，科学家就曾利用中性氢探索了银河系的形状，他们用射电望远镜观测银河系中的21厘米电波，从而更详细地了解了银河系的结构和形状，银河系旋涡结构的若干细节就是用这种方法得到的。而FAST将瞄准更加遥远的宇宙深处，从而揭秘星系和宇宙演化的奥秘。 FAST是人们研究类星体之谜的利器。类星体是一种奇怪的射电源，此前研究认为，多数类星体是一种非常活跃的早期星系，被称为活动星系，它们离我们非常遥远，且拥有一个非常明亮的核。这个不可思议的核是怎么来的呢？原来，在活动星系中隐藏着一个高速旋转的“超大质量黑洞”，正是这个黑洞的巨大引力“点燃”了活动星系中的密集物质，从而使活动星系的核变得极为明亮，乃至于离我们非常遥远也能被望远镜观测到。研究类星体是人们了解星系和宇宙演化的重要环节，然而人们至今对它们的了解还非常不足，所以FAST对类星体的观测将非常值得期待。 FAST将成为甚长基线干涉测量网的主导力量。甚长基线干涉测量是一种用于射电天文学中的天文干涉测量方法，它用多个天文望远镜同时观测一个天体，模拟一个大小相当于望远镜之间最大间距的巨型望远镜的观测效果。使用这种方法，FAST将发挥重要作用，从而帮助天文学家们获得天体的超精细结构。 FAST还将作为高灵敏度雷达对空间目标，包括卫星、空间碎片等进行监视和成像。 事实上，FAST要做的事情还有很多，如宇宙大尺度物理学、日地环境研究、寻找地外文明，等等。尽管FAST和阿雷西博射电望远镜都是探索宇宙的“射电高手”，但后者毕竟建造于20世纪60年代，而FAST则使用了更新的技术，诸多方面得到全面提升，所以FAST将成为单口径射电望远镜的“霸主”，并且将一直领先几十年。在许多方面，FAST的“本领”是独一无二的。例如FAST的球面由几千面主动反射单元构成，每个单元都可以对焦，因此灵敏度比阿雷西博望远镜高得多，巡天速度也快很多。此外，阿雷西博射电望远镜是固定望远镜，不能转动，只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域，而FAST则能扫描更广阔的天空，这种独到之处也将大大提高它的观测能力。 作为一架世界顶级巨镜，阿雷西博射电望远镜的确创造了它曾经的辉煌，但FAST将超越这架望远镜，成为新一代射电巨镜的领头羊。在天文学领域，这种超越和竞争经常发生，且从未停止，它是推动天文学向前发展的重要动力，也把人类对自然世界的认知能力不断地带往新的高度。可以预测，FAST必将不辱使命，为射电天文学的发展带来全新的机遇。 |
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