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第3章 张晓琪去贵州看大锅

张晓琪刚过完年,就接到采访任务,去贵州看大锅。“贵州的大锅”坐落在一个巨大的山坳里,不用挖坑也不用建立巨大的转动结构。因为没有巨大的转动结构所以中国射电望远镜,看上去不像望远镜,看上去正和它的外号一样像口大锅,500米口径泛着银光镜面直指天空。

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope),简称FAST,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中,工程为国家重大科技基础设施,“天眼”工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。[1]

500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”,由我国天文学家南仁东于1994年提出构想,历时22年建成,于2016年9月25日落用。是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。综合性能是著名的射电望远镜阿雷西博的十倍。

截至2018年9月12日,500米口径球面射电望远镜已发现59颗优质的脉冲星候选体,其中有44颗已被确认为新发现的脉冲星。[2] 2019年3月,中国科学院国家天文台FAST总工程师、研究员姜鹏接受专访时说道,和天马望远镜团队合作,首次成功实现联合观测,这标志着FAST具备了联合组网观测的能力。

在会客室,张晓琪见到了台长,台长是新上任的50岁左右的中年男人。头发已经有点发白。会客室有四个单人韩皮座椅,2个三人中式仿红木长椅,3个条几,2个方几,一台饮水机,一个书架一个报架,显的很有书香气息。台长给张晓琪和自己各斟了一杯普洱茶。张晓琪说:“谢谢。”一饮而尽。放下杯子张晓琪问到:台长,请问这个最大的射电望远镜,有什么作用呢。

台长边喝茶边说:“FAST的主要目标不是在短期内实现经济效益,而是要探测宇宙中的遥远信号和物质,比如宇宙中间的气体、微波激光以及脉冲星,实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解,满足人类对于未知宇宙的好奇心,同时,它也可以被用于探测地外文明和生物。这个望远镜的建设,可以为我国基础学科研究提供有力的工具,有效提升我国基础科学领域的研究水平。”

张晓琪继续问到:“请问它的工作原理是什么。”

台长答:“射电望远镜的基本原理是和光学反射望远镜相似,投射来的射电望远镜电磁波被一精确镜面反射后,同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚焦,因此,射电望远镜天线大多数是抛物面。射电望远镜表面和一理想抛物面的均方误差如不大于λ/16~λ/10,该望远镜一般就能在波长大于λ的射电波段上有效地工作。对米波或长分米波观测,可以用金属网作镜面;而对厘米波和毫米波观测,则需用光滑精确的金属板(或镀膜)作镜面。从天体投射来并汇集到望远镜焦点的射电波,必须达到一定的功率电平,才能为接收机所检测。目前的检测技术水平要求最弱的电平一般应达10 -20瓦。射频信号功率首先在焦点处放大10~1000倍﹐并变换成较低频率(中频),然后用电缆将其传送至控制室,在那里再进一步放大﹑检波,最后以适于特定研究的方式进行记录、处理和显示。”

张晓琪:“能简单的告诉我们它有什么任务吗。”

台长骄傲的说:“当然可以,其主要任务之一是检测星际传播信号,简单地说,就是用来搜寻来自地球以外文明的信息。

其第二个重要任务就是搜寻和发现脉冲星,这是宇宙中密度最大的物质,他们是大量恒星崩溃后的残余物,来自脉冲星的一茶匙大小物质的质量超过10亿吨。

三:是用于寻找中性氢。氢聚变产生的能量点亮了恒星,让太阳发出了光和热,温暖了地球,让万物得以生长。星系中的氢元素除了形成恒星,还有一部分会剩下来,以中性氢原子形式存在,我们称之为中性氢。星系中的中性氢气体虽然总质量通常比恒星的总质量少,但分布却非常广泛。观测中,旋涡星系的恒星盘尺度通常只有中性氢分布尺度的三分之一。也就是说,在星系外围,已经看不到星光的地方,还有大量中性氢气体,通过研究它们我们可能知道恒星的形成。”

张晓琪:“就没有别的任务了,不找个黑洞什么的。”

台长:“霍金辐射找找。”

张晓琪:“台长,我们就聊聊,对霍金辐射您了解多少。”

台长:“根据霍金的理论。“真空”的宇宙中,根据海森堡不确定性原理,会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子,然后瞬间消失,以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想,如果在黑洞外产生的虚粒子对,其中一个反粒子被吸引进去,而另一个正粒子逃逸的情况。如果是这样,那个逃逸的正粒子获得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮灭,可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想中的辐射被命名为“霍金辐射”。由于它是向外带去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的质量也会因为吸收了反粒子渐渐变小,消失;它也向外带去信息,所以不违反信息定律。”

张晓琪:“目前我们观察到这种辐射了吗。”

台长:“没有,这种辐射,大型黑洞理论上辐射一般很小,观测不到。小型黑洞辐射大,但理论上命短且很难生成。”

张晓琪:“有没有可能根本没有这种辐射呢。”

台长:“目前无法证实,也无法证伪。”

张晓琪:“有没有可能,黑洞袭击太阳系。”

台长:“就算银河系內的恒星塌缩成黑洞,也会围绕银河质量中心旋转的,不会乱跑的,银心黑洞只会呆在银心。”

张晓琪:“那银河系以外的恒星呢。”

台长:“主序星和红巨星在河外星系离我们很远,离我们最近的大星系仙女座还有37.5亿年才和银河系相遇在之前我们不需要担心什么。”

“矮星系则不是银河系的对手,比如大小麦哲伦云星系.麦哲伦云星系是矮星系。”

(大麦云属矮棒旋星系[SBc-Ⅳ或SB(s)m]或不规则星系(IrrⅠ),质量为银河系的1/20。小麦云属不规则星系(IrrⅣ)或不规则棒旋矮星系[IB(s)m],质量只及银河系的1/100。麦哲伦云中的气体含量丰富;中性氢质量分别占它们总质量的 9%和32%,都比银河系的大得多。这表明它们的演化程度不如银河系高。它们的星际尘埃含量比银河系中的少,而年轻的星族Ⅰ的天体则很多,有大量的高光度 O-B型星;此外,还观测到新星、超新星遗迹、X射线双星等天体。射电资料表明,大、小麦哲伦云有一个公共的氢云包层;两云之间的中性氢纤维状结构,一直伸展到南银极天区,横跨半个天球,称为麦哲伦气流。它们和银河系有物理联系,三者构成一个三重星系。)

台长接着说:“大麦哲伦云是离我们最近的一个河外星系,距离50千秒差距,约合16万光年.它在天球上的投影在南天极附近,远离恒星密集的银道带,受银河系星际消光影响很小,具有比处在银河系内的天体更优越的可观测条件。所以大麦哲伦云星系才是离银河系最近的河外星系。总之麦哲云星系离我们银河系只有16万光年,虽然比银河系年轻,但是巨型恒星寿命很短的,早就坍塌成黑洞也是有可能。但是麦哲伦云星系是相当于银河系的外围附属星系,正常运行的恒星应该不会跑到银河系的第三旋臂(太阳所在旋臂)里来。

还有黑矮星变不成黑洞而且由于一颗恒星由形成至演变为黑矮星的生命周期比现今宇宙的年龄还要长,因此现时的宇宙并没有任何黑矮星。

流浪的恒星则说不准。在引力扰动下,不排除恒星离开星系的可能。”

张晓琪问:“如果流浪的恒星已经塌缩成黑洞向我们飞过来,有没有这种可能。”

台长:“有,这是可能的。”

张晓琪吃了一惊:“啊。”

台长笑了笑说:“别紧张啊,这种可能性微乎其微。一个恒星不大可能离开自己出生的星系。宇宙中有这样离群的恒星,不属于任何星系,称为流浪恒星:

第一种情况当两个星系相遇时,由于受到另一个星系强大引力的牵引,会导致一些恒星被甩出本星系,成为宇宙中的“流浪恒星”。

两个星系相遇的过程会持续数百万年才能结束,也许合并为一个新的稳定星系;也许两个星系势均力敌,各自改变飞行方向和速度,其中一些星体被甩出本星系:

2、如果让一颗银河系恒星速度超过283kM/S(逃离银河系的第四宇宙速度)就会脱离银河系,已经观测到600多颗脱离银河系的高速恒星,如果没有河外星系的影响,本星系内的恒星还有2种可能获得如此高的速度:

一种情况:当彼此围绕对方旋转的一对双星被黑洞的引力俘获时,其中一颗恒星呈螺旋状落入黑洞,它的伴星则以极大的速度被甩出,这时获得的加速就可能脱离本星系。

另一种情况:发生在星系级大型黑洞(位于本星系的中心),俘获本星系内的一颗小型黑洞(例如恒星级黑洞)过程当中,这时任何靠近小黑洞的恒星也可能获得加速被甩出。

目前科学家在银河系中已经观测到数百颗正高速逃离星系的恒星,它们的速度都非常快,超过280km/s。如果这种行为发生在遥远的过去且是别的星系的恒星,不排除几十亿年前就变成黑洞现在已经飞入了银河系,可是银河系旋臂是相对空旷的,就拿,太阳和比邻星来说,我们相距27万个天文单位(地日之间的距离为一个天文单位)左右。我们和比邻星相距有多么遥远,中间有多么空旷,就算有流浪的恒星穿过也不容易撞上。所以太阳被流浪的恒星或者黑洞伤害可能性微乎其微,要是发生那种情况,太阳倒了8亿辈子血霉了。”

张晓琪:“这种情况可以预警吗?”

台长:“小型的黑洞不好观察,没有吸积盘的很难发现。黑洞如果傍边有东西掉进去的话,有观察到黑洞的机会有些物质也许会被高速甩出,另外黑洞虽然看不见但可以观察黑洞的引力扰动。反正现在没观察到这样威胁太阳系的黑洞。”

张晓琪离开时,带走了一堆参考资料,后来她还发现了资料里有一个1500元的红包,科学家也是会做人的。自从纸媒式微后,她已经很久没收过红包了。

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