中國天眼，又有重要發現！

今天小編分享的科學經驗：中國天眼，又有重要發現！，歡迎閱讀。

近幾天，一則有關中國一口舉世聞名的 " 小耳朵 " 的消息，上了各大新聞平台—— " 中國天眼 "FAST 已經發現了 883 顆脈衝星，并且計劃年内将這個數字刷新到 1000 顆。

圖片截自央視新聞頻道

那麼，脈衝星究竟是什麼？為什麼要大費周章地找，找到以後又有什麼用呢？今天咱們就來仔細聊聊，順便再跟大家分享點關于 FAST 的小八卦。

脈衝星是指瘋狂閃爍的星嗎？

先說說 " 脈衝星 "。從地球看來，脈衝星是周期性地閃爍電磁脈衝的天體，脈衝間隔極短，從幾毫秒到上百秒不等。不過，脈衝星并不是真的在閃爍，所謂脈衝，只是脈衝星以發瘋般的速度旋轉造成的假象。

那脈衝星是怎麼來的呢？其實是恒星 " 内心拉扯 " 的結果。

我們肉眼能看到的 " 正常 " 恒星，内部都有兩股力量在相互抗衡：引力驅使恒星物質向核心墜落，而核聚變釋放的能量則把物質向外推。

核聚變的燃料總有用完的一天，所以引力總能最終赢得這場角力。當一顆大質量恒星（例如，超過 8 倍太陽質量）最終耗盡所有燃料時，它就會向中心坍縮，發生猛烈的内爆，再向外彌散，迸發出一朵絢爛的 " 煙花 "。這個過程叫做 " 超新星爆發 "。

北宋至和元年（1054 年），金牛座的 " 天關 " 星宿附近爆發過一顆超新星，白天可見 23 天，夜晚可見 22 個月。這起超新星爆發被中國的天文學家記錄下來，史稱 "天關客星"。

塵煙散去，在恒星原來的位置，可能會留下一顆非常致密的天體——中子星。在其内部，原子結構不復存在，電子被壓入原子核，與質子結合為中子。中子星的質量超過 1.4 個太陽，直徑卻只有十幾公裡。換句話說，每立方厘米的中子星物質，相當于全球人類的質量總和！

中子星還繼承了恒星殘餘質量的旋轉角動量。在同樣的角動量下，轉速與半徑的平方成反比。我們每每看到，冰舞運動員在旋轉時把雙臂收攏或舉到頭頂，就會猛然滴溜溜地轉得飛快。同理，當恒星坍縮為中子星後，轉速會成億倍地飙升。

脈衝星的射電脈衝掃過地球。Michael Kramer 制作

中子星具有強磁場，驅動其周圍的帶電粒子，發出強烈的射電輻射束，從它的兩個磁極噴湧而出。如果随中子星自轉的輻射束正好掃過地球，我們就能測到周期性的射電脈衝，就好比某些迪廳的特效燈總是在轉圈圈，雖然燈光一直開着，但從一個方向看過去就時亮時暗。嗯，這麼一比喻，那脈衝星可以說屬于是恒星的遺體在自己墳頭蹦迪了……

前面提過的天關客星，就留下了一顆周期 33 毫秒（每秒自轉 30 圈）的脈衝星，抛散出的漸冷煙花則是著名的蟹狀星雲。

蟹狀星雲。圖源 NASA

在全球發現的 3000 多顆脈衝星中，絕大多數是中子星，但也有 2 顆是白矮星（還保有原子結構的低質量恒星遺骸）：天蠍座 AR 和寶瓶座 AE。

FAST 可不是 " 快 " 的意思

大部分脈衝星在可見光波段沒有顯著輻射，而在射電波段看起來比較亮。幸運的是，在地球這邊，大氣層對射電波段相當優待，透明度極高，所以射電望遠鏡特别适合在地面上觀測脈衝星。

地球大氣層對各波長電磁波的屏蔽。圖源 NASA

接下來就說說咱們的 FAST。

FAST 的名字來自 "500 米口徑球面射電望遠鏡 "（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）的英文縮寫。這座巨型單碟射電望遠鏡坐落在貴州省平塘縣大窩凼（d à ng），依照喀斯特地貌的天然窪地而建，2011 年開工，2016 年落成，是目前世界第一大的全口徑均有反射面的射電望遠鏡（俄羅斯的 RATAN-600 口徑雖有 576 米，卻只有細細一圈反射環）。

FAST 鳥瞰。圖源 FAST 官網

——順便說說，大家可能覺得 FAST 這個縮寫聽起來很酷，而全稱卻顯得太直白了。沒辦法，" 縮寫不明覺厲，全稱真沒創意 " 這是天文界的傳統，比如 TMT 是 "30 米望遠鏡 "，VLT 是 " 甚大望遠鏡 "，ELT 是 " 特大望遠鏡 "，EELT 是 " 歐洲特大望遠鏡 "。韋布空間望遠鏡聽起來是不是還算正常？可它最初的名字其實是 " 下一代空間望遠鏡 "（相對于哈勃而言）……

為什麼射電望遠鏡都這麼大？這是因為在相同的分辨率需求下，要觀測的波長越長，" 鍋 " 的口徑就得越大，不然就看不清了。在紅外波段工作的韋布望遠鏡比主攻可見光的哈勃望遠鏡口徑要大（6.5 米 vs 2.4 米），而射電望遠鏡要觀測的波段，比這倆還要高 5、6 個數量級，那是真非往大了整不可了，口徑就是正義用在這裡是一點都沒錯。

細心的讀者可能還有兩個疑問：

①球面實際上無法将遙遠星光匯聚到單一焦點，得用抛物面才行，FAST 為何要做成球面望遠鏡？

②一口小耳朵這麼擺在地上，豈不是只盯着天頂一點，就算随着地球自轉，也只能掃描天頂所在的這個圓？

實際上，這是一個常見的誤解，也是科普的時候使用簡略類比帶來的負面影響。因為形狀的關系，我們很喜歡把各類射電望遠鏡稱為 " 鍋 "。但是這樣一來，我們的思維也會被誤導，容易覺得 FAST 也像咱們家炒菜的大鐵鍋一樣，硬邦邦一整個，形狀不會改變，但實際上，FAST 的身段靈活得很。

FAST 由 4450 片反射板拼成，通過電機驅動，這些反射板能夠改變姿态，當一片區網域的反射板在統一指揮下規律地調整，就能在 " 鍋 " 裡泛起一片 " 漣漪 "，改變鏡面的形狀。

經 "FAST 之父 " 南仁東和團隊的計算，只需和球面偏離 0.47 米，就可以把口徑 300 米的球面改成抛物面，把射電信号聚焦在一點。所以，在任意時刻，FAST 只有一片口徑 300 米的圓形工作區網域。通過反射板的齊心協力地調整，這個工作區能在 " 鍋 " 裡自如 " 漂移 "，所以可觀測天區的範圍相當廣。

倘若保持完整的 300 米口徑，能從北緯 52.2 °（工作區緊貼鍋南沿）觀測到南緯 0.6 °（工作區緊貼鍋北沿）。如果願意犧牲一點有效口徑，則可以覆蓋北緯 65.8 ° 到南緯 14.2 ° 的天空。