杏吧app下载,关婷娜被揉胸视频直播,杏吧之春暖花开有你

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“中國天眼”將建擴展陣 為尋找地外生命“做功課”
時間:2020-06-05 10:05:36
文章發(fā)布:李陽
原創(chuàng)作者:未知
來源:互聯(lián)網

中國天眼

“中國天眼”要邁出探索地外生命的步伐了。

科學家認為,宜居的星球除了應當有水、適宜的溫度和大氣外,還有一個必要條件——磁場。

作為世界上最大的單口徑射電望遠鏡, 500 米口徑球面射電望遠鏡(FAST)將鎖定太陽系外的太空,在距離地球約 100 光年的范圍內尋找與地球一樣擁有磁場的行星,助力尋找地外生命。近期,中法等國天文學家在《天文學及天體物理》雜志上發(fā)表了這一觀測計劃。

從零到一: 尋找首顆系外“磁行星”

磁場對于生命來說至關重要。

“地球磁場牢牢抓住地球表面的大氣,避免其被太陽風吹走,隔絕了絕大多數(shù)強烈的宇宙射線,可保護生命不受射線的傷害?!敝袊茖W院國家天文臺研究員、FAST 首席科學家李菂在接受科技日報記者采訪時表示。

太陽風是從太陽上層大氣射出的超聲速等離子體帶電粒子流,當這種等離子體流到達地球附近時,大部分流體會被地球磁場干擾,繞過地球繼續(xù)向太陽系外圍前進。其余的一小部分則隨著地球磁場線進入兩極,并與空氣碰撞,形成絢麗多彩的極光,而非直接照射到動植物體身上。

那么,地球磁場是如何形成的?

“地球內部的高溫導致物質融化,大量電離物質特別是液態(tài)的鐵金屬,隨著地球自轉長期處于運動之中,使地球形成了一個強度較穩(wěn)定、具有南北磁極的磁場。”李菂告訴記者,目前關于地球磁場的細節(jié)問題也是學界研究的熱點之一,如經常出現(xiàn)磁場反轉、磁極加速移動等。

在太陽系的八大行星中,除了地球,還有 5 顆擁有行星尺度的磁場,分別是水星、木星、土星、天王星和海王星,這些行星磁場的形成機制與地球大致相同。而對于太陽系外的空間,目前學界尚未真正探測到過擁有磁場的行星,但天文學家們已經發(fā)現(xiàn)了一些擁有磁場的褐矮星。褐矮星又被稱為“失敗的太陽”,因為它們相較于行星來講太大了,最輕的褐矮星質量也有十幾倍的木星大小;而相對于在核內發(fā)生氫聚變的恒星來說又很小。2018 年,研究人員發(fā)現(xiàn)了一顆質量介于行星和褐矮星之間的天體(SIMP),磁場比木星還要強 200 倍左右。

“這讓我們有理由相信,太陽系外也會存在很多有磁場的行星,F(xiàn)AST 將要做的,就是突破這個零?!崩钋呎f。

提升“視力”: 擴展陣助分辨率提升百倍

在星際的巨大尺度中,磁場的探測永遠是個很難的問題。

對于太陽系內的行星結構、物理現(xiàn)象、甚至磁場,我們可采用發(fā)射探測器等方式直接探測。但系外行星對于空間探測器來說,遙不可及。只能通過地球上或附近的空間望遠鏡等設備接收信號,測量恒星的位置和速度是否變化來推測其周圍是否存在行星;后來進一步發(fā)展利用“掩星”或引力透鏡的現(xiàn)象進行觀測,而上述常規(guī)的探測方式皆與行星內部的磁場相關度不高。

近 20 年來,一部分天文學家開始鎖定射電信號,以期觀測行星的磁場。為何會選在射電波段呢?

“如果行星有磁場,那么在主恒星星風的作用下,便會產生電磁輻射。特別是在射電這一頻率跨度很寬的波段。”李菂表示。再者,對于地面的射電望遠鏡而言,大氣層是“透明”的,即宇宙中的射電信號能量低、波長長,穿過大氣層時不易散射,能夠保留較為完整的信息被地面望遠鏡這雙“眼睛”接收。以木星為代表的大行星輻射就發(fā)生在射電波段,這也啟發(fā)人們在尋找其他同樣具有磁場的行星時重點關注射電信號。

“FAST 最大的優(yōu)勢在于接收射電信號的總面積很大,靈敏度高。”在李菂看來,F(xiàn)AST 單位接收面積的性價比也很高。雖然世界上存在綜合性能更強的射電望遠鏡,如某些陣列式望遠鏡,又如 8 臺望遠鏡構成、觀測首張黑洞照片的“事件視界望遠鏡”等,這些望遠鏡雖然分辨率更高,也能做很多 FAST 目前無法完成的觀測內容,但由于每個陣列單元都要有獨立的接收設備和傳送、處理信號裝置,因此成本將會指數(shù)級增長。FAST 造價只有 12 億人民幣,而由 66 個望遠鏡單元組成的 ALMA 射電望遠鏡的造價為 10 億英鎊,折合成人民幣約 92 億元。

“FAST 已經將靈敏度發(fā)揮到了極致,但由于口徑的限制,觀測系外行星時的分辨率還達不到理想要求。我們希望能夠建設 FAST 擴展陣,將空間分辨率提升 10—100 倍?!崩钋呁嘎?,目前計劃采用 5 米口徑的天線和簡易接收單元,在現(xiàn)有的“球面”周圍鋪設成密集網,將原本 300 米有效基線擴大至幾十公里。為了節(jié)省成本,擴展陣的每個單元不設置數(shù)字信號處理裝置,而是利用光纖將接收到的電信號直接傳輸?shù)皆?FAST 的總處理器上。如此一來,“天眼”對于弱點源的響應性能將會大幅提升,“視力”進一步提高。

打開新窗: 或改變對地外生命現(xiàn)有認知

FAST 一旦接收到第一顆系外行星的射電信號,將意味著打開系外宜居行星探索的新窗口。

“當這種探測大范圍展開后,很有可能會得到一個結論,即表明太陽系之外行星磁場是普遍存在的?!崩钋呎J為,雖然磁場并非地外生命存在的唯一條件,但作為保護生命的重要因素,未來愈發(fā)多樣、詳細的行星磁場的探測將會改變人們對地外生命的現(xiàn)有認知,甚至將為搜索智慧生命和地外文明提供助力。

以目前觀測到的數(shù)據,銀河系之內、太陽系之外存在生命的條件是普遍存在的?!叭绻谕耆也坏降赝馍挠白樱炊遣豢伤甲h的?!崩钋吀嬖V記者,地球上各種極端條件下皆存在著生命,人們在地外也探測到構成生命的C、H、O等必要元素和大量復雜分子。銀河系誕生了 100 多億年。恒星、行星、磁場、水以及足夠的時間,這些生命演化的必要因素齊備,為何不會存在地外生命?

很快,F(xiàn)AST 將會邁出這一步,擴展陣也將在3—4 年內建成,助力搜索系外行星的射電信號。

除此之外,F(xiàn)AST 將在 2019 年 9 月結束長達 3 年的測試期,正式投入使用。超過 10 個國家和地區(qū)的天文學家的科學團隊正在從事 FAST 相關研究。李菂透露,以中國科學院國家天文臺為首的科研團隊已經制定了兩個系統(tǒng)化的巡天計劃:FAST 多科學目標同時巡天計劃(CRAFTS)和銀道面及仙女座星系巡天計劃(GAS)。目前這兩個計劃已經確立了相關模式,進行了大量的技術測試,預期今年年底前正式展開,將成為 FAST 系統(tǒng)科學產出的主要依據,預期發(fā)現(xiàn)上千顆脈沖星、幾十萬個新的氣體星系、超過 100 億個像素點的新一代原子氫氣天圖。

“FAST 多個觀測項目,特別是兩個系統(tǒng)巡天計劃,將力爭在脈沖星黑洞系統(tǒng)、引力波源、基本物理常數(shù)、星系演化、生命的太空起源等方向催生重大突破?!崩钋呎f。

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