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“大锅”两岁了,长了哪些新本事?一起来看看吧

作者:覃淋 编辑:李坤 来源:当代先锋网 发布时间:2018-10-11 09:53:48
 

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  截至目前,FAST已发现44颗被确认的新脉冲星,有望明年下半年完成验收并向全国天文学家开放使用。

  9月15日,首届中国·天泉湖天文论坛在江苏盱眙举行。中国500米口径球面射电望远镜(FAST)首席科学家、中国科学院国家天文台研究员李菂在论坛上表示,被誉为“中国天眼”的FAST经过两年的紧张调试工作,现已实现了跟踪、漂移扫描、运动中扫描等多种观测模式,数项关键指标超过预期。

  截至目前,FAST已探测到59颗优质脉冲星候选体,其中有44颗被确认的新脉冲星,有望明年下半年完成验收并向全国天文学家开放使用。

  视力更好

  2017年10月10日,在北京市四环外国家天文台的办公大楼里,由FAST捕获的首批脉冲星信号第一次向外界展示——

  “嘟呜嘟——嘟呜嘟——”

  “嘟——嘟——

  现场所有人竖起耳朵,仔细聆听这分别来自1.6万光年外和4100光年外的脉冲信号。

  李菂神情激动地说:“它们一个像小孩的心跳,缓慢而微弱;一个像成年人的心跳,短促而有力。”

  就是这两个声音,让中国实现了一个“零的突破”:我国自主设计制造的天文设备第一次发现脉冲星。而在此之前的50年里,人类已经观测到2700多颗各种类型的脉冲星。

  所谓脉冲星,是死亡恒星的一种,属于高速自转的中子星,因发射周期性脉冲信号而得名。这种脉冲信号,就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光,以至于脉冲星最初被发现时,一度被误以为是外星人寻找宇宙知音的信号。

  不过,由于脉冲星信号微弱,易被人造电磁干扰淹没,目前只能观测到一小部分。李菂说,作为全球目前唯一工作频段完整覆盖300MHz~3GHz的射电望远镜,FAST恰是发现脉冲星的理想设备,其工作频段内具有超高灵敏度,可以清晰地“看到”每一个脉冲。

  如今“天眼”视力越来越好,脉冲星的批量发现也随之开始。截至目前,已探测到59颗优质脉冲星候选体,其中有44颗被确认为新发现的脉冲星。   

  FAST的“牛刀小试”让外界惊艳。今年2月,它还首次发现毫秒脉冲星,是至今人类发现的射电流量最弱的高能毫秒脉冲星之一,美国阿雷西博等国际大型射电望远镜曾多次搜索,却始终难觅其踪,这充分证明FAST在探测灵敏度方面的巨大优势,可谓凤毛麟角。

  中科院国家天文台FAST工程副研究员钱磊表示,对于观测范围可达已知宇宙边缘的“天眼”来说,发现脉冲星只是使命之一。未来,它还将在中性氢观测、谱线观测、寻找可能的星际通讯信号等方面进行探索发现。

2016年9月25日,国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)(摄于2016年9月25日)。当代贵州全媒体记者 李森 摄.jpg

  “武功”更高

  来到“大窝凼”,你会发现总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”。为了让这口“锅”更灵活,科研工作者们不断地对FAST进行升级。

  今年6月初,科研团队把原来的单波束换成了跟澳大利亚合作开发的19波束。随着19波束L波段馈源接收机的投入使用,FAST巡天速度提高了5到6倍,视场也扩大至原来的19倍。这意味着“武功”更高,FAST或许能给大家带来更大的惊喜。

  “这就有点像照相机里头CCD或者是COMS感光片,由于原来的射电系统相对复杂,我们只有一个像素点。但现在我们有19个像素点,巡天成像的效率就提高了19倍。”钱磊自豪地说。

  “这一次有没有可能发现外星人?”面对记者追问,钱磊解释说,如果确实有外星人的存在,而他们也正好使用无线电的话,那他们应该逃不过FAST的“火眼金睛”。针对外国科学家发现月球表面存在水冰的消息,钱磊也表示,在雷达的配合下,FAST也有可能开展相关探测。

  有了19波束的支持,FAST就可以开始向验收指标冲刺了。

  “望远镜的验收指标的实现,还要经过非常繁杂的指标分解,例如要实现设计的灵敏度,就要知道反射面的精度等。”FAST总工程师、中科院国家天文台研究员姜鹏说,截至目前,调试工作已取得了一些非常可喜的进展。比如,望远镜的系统噪声已经控制在20K左右的水平,同时静态扫描模式下的效率已经达到50%以上,望远镜的灵敏水平已经达到了1800平方米每K的水平,可以说静态扫描工作模式已经达到了望远镜的验收指标。下一步的任务就是提高跟踪过程的控制精度,把跟踪过程的灵敏度也实现同样或相近的水平。

  中外科学家也都期待“天眼”的发现从量变转为质变。“天眼”若能第一个捕获河外星系脉冲星,将具有开创性意义。目前,李菂和他的研究小组已经在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备,最早于明年初会进行尝试。

  挑战更大

  59颗优质候选体、44颗脉冲星,这是FAST调试两年来交出的“科学发现成绩单”。“FAST屡获重大突破,FAST早期科学数据中心功不可没。”FAST早期科学数据中心副主任刘志杰说。

  FAST巡天一圈,耗时20天左右。平时,一根光纤专线将FAST捕获的海量数据,从平塘大窝凼直接传输到了100多公里外的贵州师范大学内。由中科院国家天文台和贵州师范大学合作建立的FAST早期科学数据中心,负责将实时传送到这里的海量数据进行存贮、计算和筛查,为FAST数据管理、数据综合分析与应用提供重要保障。

  事实上,FAST捕捉到的海量宇宙原始数据,并不能立即告诉我们哪些是人类未知的天文现象。它首先需要数据中心进行技术处理,使之成为科研工作者“读得懂”的数据。“如果将海量的巡天数据比作是从矿井里挖出来的一堆堆矿砂,那么,FAST早期科学数据中心的作用,就相当于是从一堆堆的矿砂里找出金子来。”刘志杰说。

  面对海量的图片和数据,FAST早期数据中心创新性地开发了智能数据库,可以通过条件检索出天文学家想查找的脉冲星计算结果图型,此项技术为国际首创。在脉冲星搜索计算和人工智能识别等方面,FAST早期科学数据中心目前也已达到了世界领先的水准。

  同时,海量巡天数据也给贵州在技术和人才上带来前所未有的挑战。按照贵州师范大学副校长谢晓尧的说法,在FAST数据采集、传输、存储和分析等方面,贵州需要在先行先试上取得突破。

  当然,这样的数据“富矿”,也有助于贵州培养和吸引大数据处理和分析方面的科研型和应用型人才,超算领域由此取得重大突破也并非不可能。下一步,贵州省将发布技术榜单,组织全国乃至全球科学家针对超级数据的储存、传输、处理能力进行挑战,以提升贵州省大数据的技术水平和产业发展水平。

  值得一提的是,依托世界最大单口径射电望远镜FAST,中国科学院FAST重点实验室在探索科研与技术有机结合新模式的同时,与贵州省射电天文数据处理重点实验室、贵州省信息与计算科学重点实验室、国家天文台·贵州大学天文联合研究中心等科研机构有机融合,构建起了贵州天文科研矩阵,使贵州省初步形成了以FAST为引领的天文科研体系。未来,这个天文科研矩阵能进一步聚集国内外创新资源,在射电天文领域产生新一批具有国际领先水平的原创性成果,助推中国射电天文研究跨越式发展。

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