首席科學家解讀“中國天眼”:探索更多遙遠星河的可能

在貴州綿延的群山深處，一口直徑500米的“大鍋”正夜以繼日地辛勤工作著。它就是被譽為觀天利器的“中國天眼”FAST——全球最大的射電望遠鏡。

自2011年動工興建，到2020年正式開放執行，FAST為天文學家們提供了海量的觀測資料，孕育出多個令世界矚目的科學成果。

捕獲世界最大快速射電暴樣本、發現660餘顆脈衝星……未來，FAST還將帶給人類哪些驚喜？近日，在2022未來科學大獎周活動間隙，《天目Tech+》跟“中國天眼”FAST的首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員李菂聊了聊。

李菂資料圖 圖源：央視網

資料中披沙揀金

助力快速射電暴的研究

得益於超高的靈敏度，自加入宇宙“尋寶”遊戲以來，“中國天眼”FAST催生一系列令世界矚目的新成果。

截至2022年7月，基於FAST的觀測資料，科學家們產出了百餘篇高質量國際論文，其中最活躍的是從脈衝星中衍生出來的新領域——快速射電暴（FRB）。“FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本”還入選了2021年度中國科學十大進展。

李菂介紹，作為天文領域的“網紅”，自2007年被發現以來，快速射電暴便備受關注。它表現為一種射電波段的電磁波爆發，持續時間只有幾毫秒，卻能釋放出相當於太陽在一整天內釋放的能量。

關於快速射電暴，有諸多未解之謎。研究它，則離不開對大量資料的分析。面對FAST每天產生的50TB壓縮資料，如何從中披沙揀金？

FAST觀測的資料會生成如影片般的動態譜，再經處理，將動態影片剪輯成便於識別的影象。“每天生成幾萬甚至幾十萬張圖，再勤奮的天文學家也看不過來。機器學習、人工智慧等已經成為現代天文不可或缺的工具。”李菂說。

與智慧計算結合有望助力FAST成果產出效率。例如，2021年10月底，國家天文臺還與之江實驗室聯合打造了基於FAST的計算天文智慧計算平臺，希望借力智慧計算與人工智慧技術，加速天文領域的科學研究。

李菂認為，在這樣的加持下，“樂觀地講，大概3至5年後，我們會在快速射電暴的天文起源上達成某種共識。”

中國天眼資料圖 圖源：新華社

尋覓地外文明

幫助人類拓展知識前沿

人類對地外文明的想象與探尋從未停止，中國天眼能否幫人類“看見”地外文明的“星火”？

2020年4月，中國天眼正式開啟“地外文明搜尋”（簡稱SETI），尋找來自宇宙深處高智慧生命的疑似訊號。“這項任務的最大挑戰其實是我們不知道地外文明長什麼樣，只能反躬自身，在星空中搜索與人類文明相似的訊號。”李菂說。

目前，FAST主要透過捕捉特定頻率的無線電訊號，來搜尋地外文明。其具體標準為訊號頻寬小於500Hz，持續時間小於100秒。這種幾百赫茲以下的訊號被稱為“窄帶訊號”，在地球上，它通常是由飛機、人造衛星等在使用過程中產生。

接收到窄帶訊號後，FAST還會使用演算法程式進行篩選，去除來自地球的干擾訊號。而後，科學家們再從中確定一些好的候選目標訊號，對其進行後續觀測，進一步檢驗候選目標的可信度與可重複性。

“不過，時至今日，還沒有找到重複地被反覆確認的地外文明訊號。”李菂說。

茫茫宇宙中，除了人類，真的存在別的智慧生命嗎？李菂認為，探尋地外文明是由人類的好奇心驅動的科學任務，“能不能找到很難說，我們看重的是探索過程本身和擴充套件人類的知識前沿”。

中國天眼探測到快速射電暴示意圖 圖源：中科院國家天文臺

向全球開放

共同探索更多的可能性

“宇宙的豐富多彩，從未讓我們失望。只要我們的探測手段前進一點點，總能找到意想不到的重大發現。”李菂說。

為了更好地利用FAST的觀測時間和觀測資料，2021年3月，FAST正式向全球開放共享，向全球天文學家徵集觀測申請。今年8月，FAST還向中小學生開放1%的觀測時間。

李菂介紹，目前在FAST上開展的專案已有近400個，覆蓋了各個天文前沿領域。其中，他負責的主要工作是“多科學目標同時巡天”（簡稱CRAFTS）。這個專案使用了我國原創技術，利用地球自轉掃描天空，能同時進行4個科學目標的資料處理。

藉助這個專案，科學家們不僅找到了170餘顆新的脈衝星，還發現了FAST的第一例雙中子星、已知唯一持續活躍的重複快速射電暴。“它倍增了FAST的巡天效率，有望應用在其他國際上的大型單天線射電望遠鏡。”李菂說。

未來，FAST還將為人類帶來哪些驚喜？

李菂表示，天文裝置產生的最大成就，往往是我們規劃和立項時想象不到的。以阿雷西博望遠鏡為例，它發現雙中子星系統於1993年獲得了諾貝爾物理學獎，而在其建成前，人類根本不知道中子星的存在。

“FAST真正載入史冊的是哪個工作，我們拭目以待。”李菂說。

【來源：天目新聞】

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