中国天眼,直径五百米,世界最大射电望远镜,借助一个天然圆形溶坑建造。
说到底这就是一架望远镜,使用的方法比较特殊而已,观察的并不是实物,而是各种射电信号。
什么是射电信号呢?
想要解释清楚这个问题,需要了解一下电磁波。
电磁波是一种涉及广泛的波,比如伽马射线,紫外线,红外线,可见光,微波,无线电波等等都属于电磁波。
区分这些电磁波,就是用波长来确定,不同的波长就是不同的各种射线。
那么电磁波的来源是什么?
有一句话是这么说的,只要有电,必然存在电磁波。
那么一块石头有没有电磁波呢?有!当然有了!而且很多!
一块石头哪来的电?要知道这个世界所有的物质都是由原子构成的,而刨开原子,就会发现电子,电子围绕原子核高速运转。
电子带负电,这不就有电了。
所以这个世界的一切物体,都会向外发射电磁波。
有了这个概念,就可以理解了,想要观察宇宙,因为不能亲身到达现场,就可以利用这些散发出来的电磁波来研究宇宙。
射电信号是什么?
简单的说就是射电波发出的信号,而射电波属于无线电波的一部分,无线电波又划归到电磁波的行列。
怎么区分出射电呢?
比如,大气层是可以吸收电磁波的,但也只能吸收大部分电磁波,还有一部分漏网之鱼,穿过大气层。
这部分穿过大气层的电磁波,是可见光以及一部分无线电波,而这部分穿过大气层的无线电波就被叫做射电波。
所以射电望远镜就是用来捕捉这些穿透大气层的无线电波。
说道这里,其实已经很明白了,站在地球上想要观察宇宙,只能借助可见光和漏网的射电波,因为其他电磁波都被吸收了,想要使用都使用不了,除非扒开大气层。
这也是为什么,天文学家是非常支持在月球上建立月球基地的,因为在月球上可没有大气层的阻隔,想怎么看就怎么看。
什么伽马射线,紫外线,微波都可以利用起来,对宇宙进行更加深入的研究。
建造射电望远镜
想要建造射电望远镜可不是一件容易的事。
射电望远镜的原理和光学中反射望远镜很相似,将投射到地面的电磁波用一口大锅进行反射,集中到一个点上。
然后经过一系列眼花缭乱了的原理进行处理,就可以看到这些电磁波的出发点是个什么样子了。
因为是一种守株待兔式的研究,所以制作的这口锅越大,收集的这种电磁波就越多,看到的东西也就越清晰,越有分析价值。
当然这里边还包括提高灵敏度,也就是降低设备本身的噪音,甚至是延长观察时间,当然建造更大的锅也可以提高灵敏度的上限。
所以打造这么一个射电望远镜绝对是一个非常困难的事情。
中国天眼从1993年的国际无线电科学联盟大会上就提了出来,因为这个时期的地球差不多被电信号都给包围了,想要观察宇宙被这些电信号干扰的太锅厉害。
为了能够获取更多的射电信号,只能期望建造更大的射电望远镜了。
到了1994年天眼工程的概念就被提了出来。
而中国天眼是在2001年确定立项的,一直到2017年进入到调试阶段(注已经可以工作了),再到2020年的一月十号,这架射电望远镜才开始正式运行。
从时间上就能看出来,打造这架天眼的工程量绝对很大。
举个简单的例子。
打造天眼会用到很多钢索,整个索网的总重量就达到了一千三百多吨所以组成一个索网结构的钢索,应该是一件很普通的构件。
但其实不然,要求的条件相当苛刻,苛刻到什么程度,主索的精度要控制在一毫米以内,位置精度要最低也要控制在五毫米等等。
国内外都找不到相关的技术指标,所以想要打造天眼,这就需要进行技术攻关,用了一年半这才把问题给解决了。
在说投资,前期进行预算的时候,是七个亿,最终制作完成,造价达到了11.5亿元(也有说是十二亿),这还不算,以后每天的运行费用就要四十万。
天眼打造成功了,那么天眼的用途是什么呢?
天眼的用途
天眼用来研究宇宙,主要任务有研究脉冲星,中性氢,黑洞吞噬星体,星体的演化,甚至是对外星文明的探索(也就是寻找外星人)等等。
除此之外还有一项重要的作用。
随着人类对深空的不断探索,不断的向着宇宙深处发送探测器,这个过程会让探测器离地球越来越远,那么接受这些探测器的信号就成为了一个非常重要的问题。
毕竟探测器离的越远,信号就会越微弱。
天眼就可以将这个微弱的信号放大,准确无误的接受到,从而延长探测器的使用时间。
那个时候,人类就可以看到距离人类遥远星体表面的景象,火山,大地,大气层等等。
目前天眼转一圈需要二十天的时间,接受到的信号,用一根光纤输送到一百多公里外的贵州师范大学。
在这里有一个科学数据中心,对这些传输过去的数据进行储存,计算和筛查。
在调试期间一年半的时间里,就存储了2个PB的数据,大约将八千个达到二百五十六G存储能力的手机给存满了。
在这个过程中,天眼就已经发现了十一颗脉冲星,和五十四颗候选体。
截至到今年,天眼检测的脉冲星就已经达到八百八十三颗了,是国外同一时期同类型望远镜检测脉冲星数量总和的三倍以上。
出来的成果有很多,首先是解决了一系列的世界级的难题,还有十多篇论文在国际期刊上发表,中国科学十大进展就有其一。
说道这里,会有一个问题,脉冲星是什么?脉冲星很重要吗?为什么老是盯着脉冲星说事呢?
解释一下脉冲星。
脉冲星。
脉冲星属于变星的一种,而所谓的变星指的是亮度和电磁辐射很不稳定的恒星。
上文讲到了,所谓的电磁辐射其实说到底和电子的运动过程有关系,电子不稳定释放出来的电磁波也就不稳定,物质和电子的得失有直接关系,所以电子的这种不稳定,还会导致物质的物理变化不断发生变化。
也就是说变星的各种物理性质总是在不断的变化。
那么相对于变星,不变的又是什么呢?比如太阳,亮度几乎是固定的,监控的十一年时间里,太阳的周期变化中,只有0.1%发生了变化。
而脉冲星又属于中子星的一种,直径只有二十多公里左右,自转的速度非常的快,世界首次发现的脉冲星被叫做小绿人一号。
所以一个天文学家要是和你说,聊聊小绿人,他可不是说电影里的绿巨人,而是脉冲星。
脉冲星最大的特点就是自转的非常快,现在监控的脉冲星中,自转最快的可以达到0.0014秒,如此短的时间一周难以想象。
就是因为这种自转周期的飞快,让它辐射的电磁波有了不断的变化,让人类观察的时候,就变的忽明忽暗起来。
说道这里,很多人会问道,是不是只要自转就是脉冲星呢?
自转的星体多了去了,地球也自转,但地球自转一圈需要二十四个小时,太漫长了。
脉冲星的自转需要很快,就连白矮星都比不上,自转时间是用毫秒来作为基本单位的。
所以只有高速选择的中子星才能作为脉冲星来看待的,有一个标准恒星的体积越大,质量越大,自转周期就越长,越不可能成为脉冲星。
脉冲星是上个世纪六十年代天文界中最大的发现,目前找到的脉冲星就已经有两千五百多颗。
那么研究脉冲星有什么意义?
首先有一部分脉冲星可以作为这个世界最为精密的钟表来用。
脉冲星分为正常脉冲星和毫秒脉冲星,正常脉冲星的自转周期超过了几十毫秒,磁场也强。
而毫秒脉冲星的自转周期少于几十毫秒,磁场比较弱,还属于走入年老的星体。
这些毫秒脉冲星一般是在有两个恒星的系统中出现的,其中一个成为脉冲星,后又吞噬了另一颗伴星气体,导致自转加速形成的。
绝大多的脉冲星自转会逐步变慢,但非常少数的脉冲星却非常的稳定,稳定的程度甚至比地球上最精确的氢原子钟还要准确,这是宇宙赋予人类最奇妙的时钟,所以可以将脉冲星的时间作为标准,来校准人类的时间。
以此甚至是可以测量太阳系行星的质量,捕捉引力波。
脉冲星中还有一种奇特的星体,叫磁星,这样的一颗星体表面有超过四十四亿特斯拉的磁力,堪称宇宙最强磁力。
现在都没有搞明白为什么会这样,因为按照磁星本身的能力不会出现这种情况,这就像是一个没有钱的家伙,却在拼命的挥霍,钱从哪里来的?
这样的磁星目前也就发现了28颗,研究价值很高的。
因为现在的科技很多和磁力有关。
对于脉冲星的研究,有助于人类对微观世界的认识,毕竟它是一种特殊的中子星,而中子是微观世界中不可或缺的东西。
中子不仅可以转化为电子,甚至可以转化为质子。