天眼首批探测到数十个脉冲星候选体 2颗获认证

源自：中国科学院国家天文台

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原文标题：详解天眼首批成果：探测到数十个脉冲星候选体，两颗通过认证

　　2017年10月10日，中国科学院国家天文台举行新闻发布会，公布世界最大单口径射电望远镜──500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）取得的首批成果。
　　新闻发布会上，中国科学院国家天文台台长严俊介绍了FAST工程竣工一年来的各项工作进展。中国科学院国家天文台研究员李菂对FAST取得的首批成果进行了发布：1）FAST望远镜调试进展超过预期；2）我国射电望远镜首次发现脉冲星，探测到数十个优质脉冲星候选体，其中两颗通过国际认证。

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　　FAST作为国之重器的大科学装置，是我国“十一五”重大科技基础设施之一，于2016年9月25日竣工进入试运行、试调试阶段。中国科学院国家天文台牵头国内多家单位，在FAST科学和工程团队密切协作下，经过一年的紧张调试，现已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行；调试进展超过预期及大型同类设备的国际惯例；并且已经开始系统的科学产出。
　　FAST团组利用位于贵州师范大学的FAST早期科学中心进行数据处理，探测到数十个优质脉冲星候选体，经国际合作，例如利用澳大利亚64米 Parkes 望远镜，进行后随观测认证，目前已通过系统认证两颗脉冲星，一颗编号 J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自转周期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；一颗编号 J1931-01（又名FP2），自转周期0.59秒，据估算距离地球约4100光年。两颗脉冲星分别由FAST于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。这是我国射电望远镜首次新发现脉冲星。

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图注：新脉冲星的归一化平均脉冲轮廓和单脉冲。A（上）为FP1平均脉冲轮廓，FAST通过约52.4秒漂移扫描（红色）产生信噪比为Parkes望远镜L波段积分2100秒结果（灰色）信噪比的3倍，表现出FAST高灵敏度优势。A（下）为FP1单脉冲轮廓。B为FAST采用跟踪观测5分钟，获得的另一颗新脉冲星FP2的单脉冲轮廓。

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　　脉冲星由恒星演化和超新星爆发产生，因发射周期性脉冲信号而得名。脉冲星的本质是中子星，具有在地面实验室无法实现的极端物理性质，是理想的天体物理实验室，对其进行研究，有希望得到许多重大物理学问题的答案。譬如：脉冲星的自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。
　　搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。银河系中有大量脉冲星，但由于其信号暗弱，易被人造电磁干扰淹没，目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备，FAST在调试初期发现脉冲星，得益于卓有成效的早期科学规划和人才、技术储备，初步展示了FAST自主创新的科学能力，开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。未来，FAST将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星，对脉冲星计时阵探测引力波做出原创贡献。
　　接下来的两年，FAST将继续调试，以期达到设计指标，通过国家验收，实现面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式，继续催生天文发现，力争早日将FAST打造成为世界一流水平望远镜设备。
　　新闻发布会由中国科学院科学传播局局长周德进主持。

[关于FAST]
　　FAST项目是由国家天文台研究员、FAST工程首席科学家、总工程师南仁东带领团队逾20年的预研、推动及建设，在国家发改委支持下，于2016年9月25日竣工。FAST落成启用以来，受到来自国内外、社会各界的高度关注和期待。习近平等党和国家领导人也对FAST提出了明确的指示和要求：早出成果、多出成果、出好成果、出大成果。
　　FAST位于贵州省平塘县名为大窝凼的喀斯特洼地之中，基于三项全部中国知识产权的自主创新──选址方法、索网主动反射面、柔性索结合并联机器人的馈源支撑，FAST突破了射电望远镜工程极限，建成为世界最大的单口径射电望远镜，其接收面积相当于30个足球场大小。这个被南仁东研究员定义“为下一代天文学家准备的观测设备”，是目前世界上最灵敏的单口径射电望远镜。
　　FAST发现新脉冲星的更多详细信息，请访问FAST多科学目标同时扫描巡天（CRAFTS）项目链接：http://crafts.bao.ac.cn/pulsar。

〓　相关链接

• 脉冲星 | 南仁东 | 中国“天眼”（FAST）
  

源自：澎湃新闻

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原文标题：中国天眼如何找到最神奇天体脉冲星？是技术活，也是体力活

　　今天（2017年10月10日），中国科学院国家天文台发布消息，宣布科学家们使用位于贵州的FAST望远镜找到了2颗新的脉冲星。
　　发布会上提到，其实已经发现6颗，不过由于发布会是几周前开始准备的，所以只发布了2颗。
　　这是中国人第一次使用自己的望远镜找到新的脉冲星。
　　虽然，人们早就知道FAST这么大的望远镜肯定能够找到不少脉冲星，但第一次找到，还是令很多人感到兴奋的。
　　脉冲星是特殊的中子星，因为其辐射束会周期性快速扫过地球，使地球人看到一个个周期脉冲而得名。
　　脉冲星可谓宇宙中最为神奇的天体之一。
　　为什么这么说？
　　因为对脉冲星进行观测，不仅能够研究脉冲星自身的极端物理状态，还能对星际介质、银河系磁场、引力波等目标进行研究。也正因为脉冲星的特殊性，诺贝尔物理学奖两度授予了脉冲星相关发现（发现第一个脉冲星；发现第一个双星系统中的脉冲星，并利用它很好地验证了引力波辐射理论）。
　　目前已知的2000多颗脉冲星中，大部分脉冲星是澳大利亚Parkes望远镜使用多波束接收机通过巡天观测找到的。多波束接收机的使用，使得一个望远镜能顶好几个用，这也是Parkes望远镜成功的原因之一。
　　虽然FAST目前还是用的单波束接收机（这样一次只能看一个目标），但不久的将来会安装上19波束接收机，到时，观测能力还将大大增强。有分析认为，FAST得益于巨大口径带来的高灵敏度，未来有希望找到4000颗脉冲星，这里面应该会有不少有意思的发现。
　　脉冲星的特殊性，以及FAST在脉冲星搜寻中的优势，使得寻找未知脉冲星成为FAST重要的科学目标之一。
　　那么，FAST目前是怎么找脉冲星的呢？说起来，这不仅是个技术活，还是个体力活。

漂移扫描观测
　　我们知道，FAST可以通过调节馈源仓位置和面板形状来调节望远镜指向，从而观测天空中某个特定的位置。不过，在FAST建成早期，望远镜的各个系统还不能很好地运行，指向调节尚不灵活，所以，科学家们通常使用一种称为“漂移扫描”的方式来进行观测。
　　所谓的“漂移扫描”其实很简单，和“守株待兔”的思路有点像。就是望远镜不动，比如固定地指向天顶，然后等着天体东升西落，自己运动到望远镜的视野里面。使用“漂移扫描”，望远镜只能盯着某个赤纬（天球坐标系中的赤道坐标系的纬度，类似于地理经纬线在天上的投影），所以只能观测到这个赤纬上的源。随着时间的推移，这个赤纬上的天体就会依次被望远镜所观测到。
　　那如果我们想看其他赤纬的天体怎么办？那就得挪望远镜指向，让它指到其他赤纬上（FAST早期只是动得不灵活，不是不能动）。
　　通过“漂移扫描”，我们的FAST不用怎么动就能对天空中不同的位置进行扫描。
　　不过用这种方式进行观测有个不好的地方，就是每次天体经过望远镜视野的时间很短，对FAST来说，最长也就1分钟不到的时间。观测时间短，就意味着我们只能看一些比较亮的天体。好在我们的FAST够大，很多其他望远镜觉得暗的天体，对FAST来说都是“比较亮的”。
　　说了这么多，我们要寻找的脉冲星在哪儿呢？
　　人们是大概知道脉冲星在银河系里面的分布的，即：主要分布在银盘和球状星团中。FAST在进行“漂移扫描”的时候，是会“扫”过银盘的（也可以扫过球状星团。只是球状星团尺度很小，我们扫过它的概率比较小）。我们对相应的数据进行分析，就会更有希望找出新的脉冲星。
　　在漂移扫描过程中，我们需要记录能够用来进行脉冲星搜寻的数据。这需要满足两个要求：一、足够高的时间分辨率；二、一定的频率分辨率。
　　一般地讲，我们会周期性地看到脉冲星发出的脉冲信号。相邻两个脉冲信号之间的时间差（所谓的脉冲周期），在1.4毫秒到23秒之间不等。而脉冲信号的宽度，通常只有这个时间差的十分之一。只有数据的时间分辨率足够小，我们才能探测到随时间快速变化的脉冲星信号。
　　我们知道，电磁波有不同的频率。最直观的感受，就是自然光能够被分为彩虹色，不同颜色就是不同频率的电磁波。在记录用作脉冲星搜寻的数据时，因为后续数据处理的需要，我们要将不同频率的电磁波分成多份记录，也就是要记录光谱数据（一般叫做频谱）。如果分的份数多，那频率分辨率就高，能更好地探测不同频率信号的变化。脉冲星数据要求划分一定的份数，但不用太多，够用就好，这里对选取标准就不细讲了。
　　所以，最后我们得到的会是什么样的数据呢？就是一条条连续的频谱，且相邻两条频谱的间隔时间很短，一般只有几百或者几十个微秒。

消色散
　　有了观测数据，我们就可以来找脉冲星了。脉冲星一般是很暗弱的，为此我们需要将观测到的不同频率电磁波叠加起来得到总功率信号，才能更好地去搜寻脉冲星的脉冲。在叠加不同频率电磁波之前，我们要做的是对数据进行“消色散”。
　　脉冲星发出的脉冲在到达地球之前，会受到银河系空间中的星际介质影响，发生“色散”。色散效应会导致脉冲星高频的电磁波比低频的电磁波先到达地球。这一现象在图三Vela的数据中稍微能看出来（因横轴时间尺度较大，看不明显）。
　　为了能够得到高信噪比的脉冲信号，我们需要在数据处理的过程中抵消掉色散带来的延时，即所谓的“消色散”。
　　不同的脉冲星发出的信号经过的星际介质不尽相同，所以不同脉冲星受到的色散效应也千差万别。色散效应明显的，低频信号延时则会更大。要准确消除色散效应，我们需要知道延时量的大小。但是对于未知的脉冲星，我们并不能事先知道它受到星际介质的影响能有多大，这该怎么去消除色散带来的影响呢？
　　天文学家的做法很简单：试！
　　对同一段数据，假设其因色散引起的时延为多少，用多个不同时延量分别进行消色散，然后全部结果独立进行下一步的处理。简单，暴力，不过很有效。

找周期
　　上面我们展示的图中，消色散之后就可以看到一个个脉冲信号。
　　然而，大多数脉冲星都太弱了，我们是没法直接得到单脉冲信号的。如果我们能够知道脉冲星的脉冲都发生在哪些时间点，把对应数据找出来并叠加到一起，那就有可能看到暗弱脉冲星的信号了！
　　幸好，脉冲星一般都有很强的周期性，方便我们去找它的信号。
　　这里我们需要用到前面消色散之后的数据。消完色散的数据，是总功率随时间变化的数据，就像图四看到的那样。我们需要做的，是对这样的数据进行傅里叶变换。
　　假设我们使用正确消色散的数据进行傅里叶变换，又假设我们足够幸运地碰上了一颗很亮的脉冲星，那么我们将非常幸运地看到下面图五这样的结果！
　　图五：对脉冲星B1550-54消色散后的数据进行傅里叶变换得到的结果。横轴是傅里叶变化之后得到的频率（这里的频率是指信号变化周期的倒数，不是电磁波频率）信息。这颗脉冲星的周期大约是1秒，所以在1赫兹（Hz）的地方有条很明显高出来的线。其他的线是脉冲星信号的谐波。
　　然而，很多时候我们是没那么幸运的，脉冲星真得太暗了，我们并不能看到图五那么明显的线。更不用说大多数时候我们的望远镜根本就没对准某颗脉冲星。
　　一般情况下，经过消色散、找周期之后，我们可以找到大量具有一定色散效应的、有周期性的、看着好像是脉冲星信号的候选体。
　　虽然现在有软件可以帮我们筛选出比较像脉冲星的目标，但最终我们还是需要通过肉眼查看每个候选体相应的参数（一般就是一张结果图），才能做出准确的判断。
　　毫不夸张地说，看过几万张数据结果图后，能找到一颗未知的脉冲星，就谢天谢地了。

单脉冲
　　有少数的脉冲星，他们的辐射因为某种原因断断续续的，导致我们看到的脉冲信号显得没有规律。这种时候，如果我们拿找周期的方法去找，往往是找不到的。这类脉冲星，我们只能在消色散过后的数据中，找信噪比大的信号。此前火过一阵的快速射电暴，就是通过消色散后找单脉冲找到的。
　　可以透露的是，FAST也对数据进行了单脉冲的查找，并且已小有收获，敬请期待。
　　最后，让我们来体验下天文学家的工作，一起找下脉冲星吧！
　　（以下图片为真实脉冲星搜寻结果图，来自 http://pulsarsearchcollaboratory.com/）
　　想象一下，让你在几万张类似的图片中找出一张脉冲星的信号。现在你应该能理解我前面说的，找脉冲星这件事，真的需要体力！
　　本文由科普中国融合创作出品，蕉叶制作，中国科学院计算机网络信息中心监制。“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

源自：中科院官方科普微信号“科学大院”

源自：新京报

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FAST望远镜在满天繁星下呈现出的美丽景观。 ●

　　“中国天眼”首次发现多颗脉冲星 有助发展星际导航

　　中国科学院国家天文台10月10日宣布，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）确认发现了多颗脉冲星，这是我国天文望远镜首次发现脉冲星。
　　FAST工程副总工程师李菂称，FAST调试进展超过预期，并已开始系统的科学产出。目前已经探测到数十个优质脉冲星候选体，其中6颗通过国际认证。
　　脉冲星导航实验卫星（XPNAV）相关负责人向新京报记者解释，脉冲星的研究将有助于我们理解宇宙的起源，并为航天器星际航行提供精确导航。而前不久离世的FAST总工程师兼首席科学家南仁东则说过，这只巨大的“天眼”，甚至能搜寻可能存在的星外文明。

研究脉冲星有助获得重大物理学答案
　　脉冲星是一种高速自转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生。它的密度极高，每立方厘米重达上亿吨。脉冲星自转速度很快、自转周期精确，是宇宙中最精准的时钟。正因如此，脉冲星会发射一断一续的周期性脉冲信号，就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。
　　这一特殊“本领”，让脉冲星在计时、引力波探测、广义相对论检验等领域具有重要应用。李菂说，脉冲星具有在地面实验室无法实现的极端物理性质，对其进行研究有望得到许多重大物理学问题的答案。
　　据中科院科普公众号“科学大院”介绍，对脉冲星进行观测，不仅能够研究脉冲星自身的极端物理状态，还能对星际介质、银河系磁场、引力波等目标进行研究。
　　50年来，天文学家已经观测到2700多颗各种类型的脉冲星。因为脉冲星的特殊性，诺贝尔物理学奖两度授予了与脉冲星有关的发现（1974年度，发现第一个脉冲星；1993年度，发现第一个双星系统中的脉冲星，并利用它很好地验证了引力波辐射理论）。

6颗被确认 未来有望发现毫秒脉冲星
　　国家天文台介绍，FAST已经探测到了数十个优质脉冲星候选体。经过国际合作，例如利用澳大利亚64米Parkes望远镜进行观测认证，首批认证了两颗脉冲星：一颗编号J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自转周期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；一颗编号J1931-01（又名FP2），自转周期0.59秒，据估算距离地球约4100光年，两颗脉冲星分别于今年8月22日、25日发现。
　　另有4颗脉冲星也通过了国际射电天文台认证，具体参数结果还在分析中。
　　宇宙中有大量脉冲星，但由于其信号暗弱，易被人造电磁干扰淹没，目前只观测到一小部分。国家天文台表示，具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备，未来有望发现更多守时精准的毫秒脉冲星。

研究宇宙起源、发展星际导航
　　脉冲星的自转周期极其稳定，准确的时钟信号为引力波探测、航天器导航等重大科学及技术应用提供了理想工具。“脉冲星的研究有助于我们了解中子星的内部结构和辐射机制，”脉冲星导航实验卫星（XPNAV）相关负责人表示，“中子星是恒星死亡的遗迹，知道其内部结构和辐射机制，就可以知道恒星和宇宙的演化，从而推测恒星的过去、现在，甚至预测未来。”
　　该负责人介绍，目前公布的两颗脉冲星自转周期都是秒级的，如果后续能够发现毫秒级的脉冲星，有望用于航天器导航。
　　“就像我们在地面需要导航，航天器在宇宙中就像汪洋中的船，更需要导航，比如指引它们去火星等其他星球。”该负责人说，目前航天器导航是通过地面发射电磁波实现的，未来利用脉冲星可以实现航天器在宇宙间自主导航，导航精度也可能更高。另外，脉冲星的研究也有望对探测引力波做出原创贡献。
　　去年11月10日，我国发射脉冲星导航实验卫星。当时报道称，脉冲星导航技术成功以后，可以对卫星的位置进行跟踪测量，届时将长时间不再需要地面测控站的测量。

■　延展
继续调试两年面向国内外学者开放
　　国家天文台曾表示，FAST能够接收到137亿光年以外的电磁信号，观测范围“可达宇宙边缘”。与世界著名的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高了约10倍；与美国阿雷西博350米望远镜相比，FAST的综合性能也提高了约10倍。
　　FAST落成时，因脉冲星研究获得1993年诺贝尔物理学奖的约瑟夫·泰勒曾亲赴现场，“这是世界一流的望远镜，期待它能给人类带来更多重要的科学发现。”他说。
　　昨天，澳大利亚Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯在成果发布会现场表示，FAST逐渐产出成果，是目前国际天文学界最激动人心的事件之一。
　　国家天文台表示，接下来的两年FAST将继续调试，通过国家验收，面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式，催生天文发现，力争早日成为世界一流水平望远镜设备。
　　FAST总工程师兼首席科学家南仁东生前曾说，借助这只巨大的“天眼”，科研人员可以窥探星际之间互动的信息，观测暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。

■　背景
FAST以前中国望远镜未见脉冲星
　　1967年，科学家在行星际闪烁观测研究中，偶然发现一个时隐时现的射电脉冲源，其周期非常稳定，每隔1.3373秒记录一次脉冲信号，科学家将其取名为脉冲星。
　　脉冲星属于高速自转的中子星，最快转动的周期能达到毫秒量级，是除黑洞外密度最大的天体。所以，脉冲星可以作为天然实验室，检验极端物理环境下的物质运动规律。比如验证强引力场的爱因斯坦广义相对论效应，以及引力波等现象。
　　FAST去年9月25日在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成。FAST工程由我国天文学家于1994年提出构想，从预研到建成历时22年，由中国科学院国家天文台主导建设，是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。
　　FAST核心科学目标就是搜寻和发现射电脉冲星。人类迄今已发现2700余颗脉冲星。但在FAST问世以前，中国望远镜从未捕捉到新的脉冲星。

⊙记者：倪伟

源自：中国新闻网

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“中国天眼”首次新发现脉冲星 6颗通过国际认证
　　中国新闻网

　　中科院国家天文台10日宣布，“中国天眼”发现2颗新脉冲星，距离地球分别约4100光年和1.6万光年。这是我国射电望远镜首次发现脉冲星，距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。“中国天眼”有望开启中国射电天文学10年至20年“黄金期”。
　　据中新网报道，经过一年的紧张调试，世界最大单口径射电望远镜──500米口径球面射电望远镜（简称FAST）探测到数十个优质脉冲星候选体，其中6颗通过国际认证。
　　10月10日，由中国科学院科学传播局、中国科学院国家天文台主办的FAST取得首批成果的新闻发布会在国家天文台举行。国家天文台台长严俊介绍了FAST工程竣工一年来的各项工作进展。
　　国家天文台研究员李菂指出，一年以来，FAST望远镜调试进展超过预期；中国射电望远镜首次发现脉冲星，探测到数十个优质脉冲星候选体，其中6颗通过国际认证。这是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。
　　搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。银河系中有大量脉冲星，但由于其信号暗弱，易被人造电磁干扰淹没，目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备，FAST在调试初期发现脉冲星，得益于卓有成效的早期科学规划和人才、技术储备，初步展示了FAST自主创新的科学能力，开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。未来，FAST将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星，对脉冲星计时阵探测引力波做出原创贡献。
　　接下来的两年，FAST将继续调试，以期达到设计指标，通过国家验收，实现面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式，继续催生天文发现，力争早日将FAST打造成为世界一流水平望远镜设备。

源自：上观新闻

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　　搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。

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　　我国射电望远镜首次新发现6颗脉冲星。这是解放日报·上观新闻记者刚才从世界最大单口径射电望远镜──500米口径球面射电望远镜（简称FAST）首批成果的新闻发布会上获悉的。“最新的4颗都是国庆期间刚刚得到认证的。”FAST工程副总工程师李菂研究员说。
　　FAST作为国之重器的大科学装置，是我国“十一五”重大科技基础设备之一，由国家发展改革委投资建设，于2016年9月25日竣工进入试运行、试调试阶段。中国科学院国家天文台牵头国内多家单位，在FAST科学和工程团队密切协作下，经过一年的紧张调试，现已实现指向、跟踪、漂移扫描等多种观测模式的顺利运行；调试进展超过预期及大型同类设备的国际惯例；并且已经开始系统的科学产出。
　　FAST团组利用位于贵州师范大学的FAST早期科学中心进行数据处理，探测到数十个优质脉冲星候选体，经国际合作，目前已通过系统认证6颗脉冲星。其中，一颗编号J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自转周期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；一颗编号J1931-01（又名FP2），自转周期0.59秒，据估算距离地球约4100光年。这两颗脉冲星分别由FAST于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。这是我国射电望远镜首次新发现脉冲星。
　　搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。银河系中有大量脉冲星，但由于其信号暗弱，易被人造电磁干扰淹没，目前只观测到一小部分。具有极高灵敏度的FAST望远镜是发现脉冲星的理想设备，FAST在调试初期发现脉冲星，得益于卓有成效的早期科学规划和人才、技术储备，初步展示了FAST自主创新的科学能力，开启了中国射电波段大科学装置系统产生原创发现的激越时代。未来，FAST将有希望发现更多守时精准的毫秒脉冲星，对脉冲星计时阵探测引力波做出原创贡献。
　　接下来的两年，FAST将继续调试，以期达到设计指标，通过国家验收，实现面向国内外学者开放。同时进一步验证、优化科学观测模式，继续催生天文发现，力争早日将FAST打造成为世界一流水平望远镜设备。
　　【关于FAST】
　　FAST项目是由国家天文台研究员、FAST工程首席科学家、总工程师南仁东带领团队逾20年的预研、推动及建设，在国家发改委支持下，于2016年9月25日竣工。
　　FAST位于贵州省平塘县名为大窝凼的喀斯特洼地之中，基于三项全部中国知识产权的自主创新──选址方法、索网主动反射面、柔性索结合并联机器人的馈源支撑，FAST突破了射电望远镜工程极限，建成为世界最大的单口径射电望远镜，其接收面积相当于30个足球场大小。这个被南仁东研究员定义“为下一代天文学家准备的观测设备”，是目前世界上最灵敏的单口径射电望远镜。
　　题图来源：作者提供栏目主编：黄海华图片编辑：笪曦

源自：澎湃新闻

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　　竣工调试仅一年，隐藏在贵州山坳间宛若一口银白色大锅的FAST就发现了六颗脉冲星。
　　这些脉冲星目前已获得国际同行的确认。
　　10月11日上午，中国科学院国家天文台射电天文研究部首席科学家、FAST工程副总工程师李菂（注音：[dì]）向澎湃新闻介绍，这次国际验证是通过澳大利亚的一个望远镜进行的：“我们在北半球，他们在南半球。如果双方都观测到了，那么，基本可以排除这些信号来自某种固定的人造干扰，或者是某种不容易被理解的信号。”
　　500米口径球面射电望远镜FAST被誉为“中国天眼”。这个世界上最大最灵敏的射电望远镜还有着更宏大的目标，其中之一就是为人类率先找到银河系外的射电脉冲星。此前，人们找到的2700多颗脉冲星都位于银河系。
　　李菂告诉澎湃新闻，通俗地说，FAST像是一个收音机，其天线的灵敏度极高，可以收听到来自宇宙深处的心跳──脉冲星带着哨声的电磁波。FAST提供了一个机会，让中国射电天文研究从追赶国际同行，变为超越。“这一过程还没有完成，但已经开始了”。

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[对话李菂]

澎湃新闻：
　　为什么FAST有望率先找到银河系外的脉冲星？

李菂：
　　FAST反射面的口径很大，所以的它的灵敏度很高。FAST最基本的工作原理是，利用抛物面，把来自宇宙深处的星际光，聚焦成一个点。口径越大，收光能力越强，也就是增益越大，放大倍数越大。
　　但这里的放大，不是把一个小点，变成一个大点，而是把一个方向很大的一束光，汇聚成一个很小的点。
　　广义地说，FAST像是一个收音机，用巨大的天线，来收听来自宇宙深处的声音。很多反射单元构成的抛物面（FAST抛物面25万平方米，相当于30个足球场），就是FAST的天线。但我们用的收音机的天线是一个杆，能感应四面八方的电磁波，却不能聚焦。FAST的天线能够聚焦，更像是家用卫星电视的天线。

澎湃新闻：
　　中国的射电望远镜此前发现过脉冲星吗？

李菂：
　　中国有很多个射电望远镜，做了大量的基础研究工作，但它们的口径都不够大，没有发现过脉冲星。FAST是目前世界上最大的单口径射电望远镜，它提供了一个机会，让中国射电天文研究从追赶国际同行，变为超越。这一过程还没有完成，但已经开始了。

澎湃新闻：
　　脉冲星有很多种吗？为什么它可以发出脉冲？

李菂：
　　脉冲星可以分为很多类，比如X射线脉冲星、γ射线脉冲星，它们也有射电脉冲，大部分都是中子星。
　　脉冲星辐射的能量来自它旋转的动能，其动能转换成了光能。
　　所有的物体都有电磁辐射。一个东西只要有温度，就有黑体辐射。黑体辐射就是光，光就是电磁波。

澎湃新闻：
　　怎么确定这个信号来自这个脉冲星，而非来自其他天体？

李菂：
　　脉冲星发出的这些射电信号有很多独特的特征。
　　首先，这些信号有一个严格的周期性；其次，它有一个色散。星际空间不是完全的真空，其中还有电子，所以，电磁波经过星际空间时，会发生散射。散射的结果是，高频的信号会先到达地球，低频的信号会后到。因为光速只有在真空里才是恒定的，有介质后，会有折射率。光就是电磁波。你可以想象到，你听到的那些电磁波信号，带着哨声。其哨声频率的变化，可以用来估算这颗天体与地球的距离。
　　还有一个很重要的特征是，从天上来的信号，如果是从宇宙中的同一个地方发出来的，那么，它每天发过来的时间是不一样的。因为地球有自转，还有公转（绕着太阳公转）。这跟来自地球表面的信号不同。

澎湃新闻：
　　怎么对这些脉冲星进行国际验证呢？

李菂：
　　除了FAST，国际上还有很多其他大的射电望远镜：50米的，60米的，100米的，300米的等等。如果他们也观测到，那我们就比较有把握了。
　　比如，这次验证是通过澳大利亚的一个望远镜。我们在北半球，他们在南半球。如果双方都观测到了，那么，基本可以排除这些信号来自某种固定的人造干扰，或者是某种不容易被理解的信号。
　　我们是通过科学合作的方式，向其他的天文台申请时间，请他们独立观测，国际射电天文台没有进行协调。

澎湃新闻：
　　需要告诉他们什么参数呢？

李菂：
　　一般告诉他们这个天体的赤经、赤纬、色散、周期，以及粗略估计该天体与地球的距离，有这些参数就可以了。

源自：参考消息

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原文标题：“中国天眼”探测范围可达宇宙边缘 台媒：或能寻找外星人

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上传时间: 2017-10-13 09:31

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资料图片：FAST在满天繁星下呈现出的美丽景观（2016年6月27日摄）。新华社记者 刘续 摄
　　参考消息网10月13日报道 台媒称，首位发现脉冲星的天文学家乔瑟琳·贝尔今年早些时候曾参观位于贵州的“中国天眼”，她期待这座世界最大的射电望远镜能发现更多微弱、遥远、独特的脉冲星，包括发现围绕黑洞旋转的脉冲星。
　　据台湾联合新闻网10月11日报道，“天眼”若能第一个捕获河外星系脉冲星，将具有开创性意义。目前中国大陆科学家李菂和他的研究小组已在为观测河外星系脉冲星做技术上的准备，最早于明年初尝试。
　　报道称，对于观测范围可达已知宇宙边缘的“天眼”来说，发现脉冲星只是使命之一，未来它还将在中性氢观测、谱线观测、寻找可能的星际通讯信号等方面大放异彩。“天眼”会寻找外星人，可望主导未来宇宙天图。
　　报道称，根据宇宙大爆炸学说，中性氢是宇宙中几乎与大爆炸同龄的“老人家”，观测和研究中性氢的分布，能帮助科学家进一步弄清银河系和河外星系的结构，解开宇宙大爆炸等宇宙起源和演化之谜。大陆国家天文台“天眼”项目高级博士后马可说：“‘中国天眼’将通过巡视宇宙中的中性氢，绘制出最新最大的标准宇宙天图。”
　　澳大利亚科学及工业研究院Parkes望远镜科学主管乔治·霍布斯说，“中国天眼”甚至还能“监听”宇宙中可能存在的外星文明发出的无线电波。Parkes望远镜目前有20%的时间分配给了寻找外星人，但仍一无所获，“中国天眼”看得更远，说不定将来会有令人振奋的消息。
　　报道称，脉冲星是一种高速自转的中子星，由恒星演化和超新星爆发产生。它的密度极高，每立方公分重达上亿吨，一块方糖大小就相当于地球上1万艘万吨巨轮的重量。脉冲星自转速度很快、自转周期精确，是宇宙中最精准的时钟。正因如此，脉冲星会发射一断一续的周期性脉冲信号，就好比转动的灯塔发出忽明忽暗的光。
　　报道称，自人类1967年发现第一颗脉冲星以来，过去的50年里，人类发现的脉冲星家族至少有2700个成员。
　　“中国天眼”的最初构想来自已故天文学家南仁东。从1994年提出设想，到2016年正式启用，22年间，南仁东和他的团队全力推动着这个看似不可思议的世界级项目。

源自：新华网

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新发现的毫秒脉冲星PSR J0318+0253位置和积分脉冲轮廓 中科院供图
　　新华网北京4月28日电（王莹）记者从中国科学院国家天文台获悉，“天眼”FAST（500米口径球面射电望远镜）首次发现毫秒脉冲星并于近日得到国际认证，这是FAST继发现脉冲星之后的另一重要成果。新发现的脉冲星J0318+0253自转周期5.19毫秒，根据色散估算距离地球约4000光年，由FAST使用超宽带接收机进行一小时跟踪观测发现，是至今发现的射电流量最弱的高能毫秒脉冲星之一。
　　据科研人员介绍，通过跟踪伽马射线点源3FGL J0318.1+0252，FAST于2月27日首次发现这颗毫秒脉冲星，并通过FAST与费米伽马射线卫星大视场望远镜（Fermi-LAT）的国际合作认证了此次新发现。记者了解到，从射电波段对Fermi-LAT未认证点源进行高灵敏度后随观测，确认高能源属性，是发现新脉冲星的有效途径之一。此前，国际大型射电天文台曾对其进行过多次脉冲星搜索，如美国Arecibo望远镜在2013年6月开展的三次定点观测，都未探测到。此次通过对Fermi-LAT伽马射线数据的后随计时分析证实J0318+0253为孤立毫秒脉冲星，并提高位置精度至亚角秒量级。这是FAST–Fermi-LAT合作组的首个成果。双方将继续合作研究，并开展多波段观测分析。
　　此次发现有何重大意义？科研人员解释，毫秒脉冲星是每秒自转上百次的特殊中子星，对其研究不仅有望对理解中子星演化、奇异物质状态起到重要作用，而且稳定的毫秒脉冲星是低频引力波探针。脉冲星搜索是进行引力波探测研究的基础，脉冲星计时阵是观测超大质量双黑洞发出的引力波最有效的方法。脉冲星计时阵依赖数十颗计时性质良好的毫秒脉冲星，其样本的扩大、性能的提高起始于脉冲星搜索。此次FAST首次发现毫秒脉冲星，展示了FAST对国际低频引力波探测做出实质贡献的潜力。FAST项目组已经策划的FAST多科学目标同时巡天规划将发现大量毫秒脉冲星，大幅度提高脉冲星阵探测引力波的灵敏度。
　　对于此次发现，北京大学科维理天文与天体物理研究所李柯伽研究员表示，成果展示了FAST在脉冲星搜寻方面的重大潜力，凸显了大口径射电望远镜在新时代的生命力。“Fast望远镜在调试阶段即取得这样的重大成果，期待早日正式运行，提高中国射电天文整体的实力。”北京大学天文系徐仁新教授也表示，除了科学意义外，毫秒脉冲星还有潜在的应用价值。“FAST参与毫秒脉冲星的发现将为全球科学家和工程师提供更好的机遇。”
　　澳大利亚科工组织研究员，国际引力波联合探测委员会（GWIC）成员G。Hobbs表示，国际射电天文界为FAST已经取得大量脉冲星发现感到兴奋，看好FAST的国际合作前景，并期待FAST为引力波探测作出贡献。
　　国家天文台表示，FAST将继续调试，以期达到设计指标，通过国家验收，并成为世界一流的射电天文望远镜。

源自：环球网

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　　最新发现与创新
　　科技日报贵阳6月26日电（柯士雨 记者：何星辉）26日，记者从贵州省射电天文数据处理重点实验室获悉，该实验室参与的国际研究团队，对一颗编号为J1926-0652的脉冲星进行系统分析，首次发现这颗脉冲星几乎囊括了以往观测到的脉冲星的所有辐射现象。相关成果发表在美国《天体物理杂志》上，这也是基于FAST（500米口径球面射电望远镜）数据发表的第一篇国际期刊论文。这一新发现，有助于人们进一步研究脉冲星的辐射机制和辐射过程，进而推动辐射模型和辐射理论的发展。
　　这颗编号为J1926-0652的脉冲星于2017年10月被FAST科学团队发现，并被澳大利亚帕克斯天文台的64米射电望远镜证实。利用FAST的高灵敏度，科研人员对这颗脉冲星进行细致的单脉冲观测研究。在270～800MHz范围内，FAST跟踪观测并记录了1921个连续单脉冲及其6次脉冲辐射状态的单脉冲和平均脉冲轮廓。通过系统分析，科研人员发现这颗脉冲星具有复杂的辐射现象，尤其是发现其消零前最后一个脉冲的行为系统偏离了平均轮廓。
　　和以往发现的脉冲星只有一个或数个辐射现象不同，这颗编号为J1926-0652的脉冲星，几乎囊括了以往观测到的脉冲星的所有辐射现象。按照以往“旋转木马”等经典辐射模型，并不能解释该现象。该研究由中科院国家天文台、英国曼彻斯特大学、美国加利福利亚大学、贵州省射电天文数据处理重点实验室和贵州师范大学等单位的中外科研人员共同合作完成。

源自：北京青年报

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原文标题：“中国天眼”将建扩展阵 为寻找地外生命“做功课”

　　“中国天眼”要迈出探索地外生命的步伐了。
　　科学家认为，宜居的星球除了应当有水、适宜的温度和大气外，还有一个必要条件──磁场。
　　作为世界上最大的单口径射电望远镜，500米口径球面射电望远镜（FAST）将锁定太阳系外的太空，在距离地球约100光年的范围内寻找与地球一样拥有磁场的行星，助力寻找地外生命。近期，中法等国天文学家在《天文学及天体物理》杂志上发表了这一观测计划。

从零到一：寻找首颗系外“磁行星”
　　磁场对于生命来说至关重要。
　　“地球磁场牢牢抓住地球表面的大气，避免其被太阳风吹走，隔绝了绝大多数强烈的宇宙射线，可保护生命不受射线的伤害。”中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家李菂在接受科技日报记者采访时表示。
　　太阳风是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流，当这种等离子体流到达地球附近时，大部分流体会被地球磁场干扰，绕过地球继续向太阳系外围前进。其余的一小部分则随着地球磁场线进入两极，并与空气碰撞，形成绚丽多彩的极光，而非直接照射到动植物体身上。
　　那么，地球磁场是如何形成的？
　　“地球内部的高温导致物质融化，大量电离物质特别是液态的铁金属，随着地球自转长期处于运动之中，使地球形成了一个强度较稳定、具有南北磁极的磁场。”李菂告诉记者，目前关于地球磁场的细节问题也是学界研究的热点之一，如经常出现磁场反转、磁极加速移动等。
　　在太阳系的八大行星中，除了地球，还有5颗拥有行星尺度的磁场，分别是水星、木星、土星、天王星和海王星，这些行星磁场的形成机制与地球大致相同。而对于太阳系外的空间，目前学界尚未真正探测到过拥有磁场的行星，但天文学家们已经发现了一些拥有磁场的褐矮星。褐矮星又被称为“失败的太阳”，因为它们相较于行星来讲太大了，最轻的褐矮星质量也有十几倍的木星大小；而相对于在核内发生氢聚变的恒星来说又很小。2018年，研究人员发现了一颗质量介于行星和褐矮星之间的天体（SIMP），磁场比木星还要强200倍左右。
　　“这让我们有理由相信，太阳系外也会存在很多有磁场的行星，FAST将要做的，就是突破这个零。”李菂说。

提升“视力”：扩展阵助分辨率提升百倍
　　在星际的巨大尺度中，磁场的探测永远是个很难的问题。
　　对于太阳系内的行星结构、物理现象、甚至磁场，我们可采用发射探测器等方式直接探测。但系外行星对于空间探测器来说，遥不可及。只能通过地球上或附近的空间望远镜等设备接收信号，测量恒星的位置和速度是否变化来推测其周围是否存在行星；后来进一步发展利用“掩星”或引力透镜的现象进行观测，而上述常规的探测方式皆与行星内部的磁场相关度不高。
　　近20年来，一部分天文学家开始锁定射电信号，以期观测行星的磁场。为何会选在射电波段呢？
　　“如果行星有磁场，那么在主恒星星风的作用下，便会产生电磁辐射。特别是在射电这一频率跨度很宽的波段。”李菂表示。再者，对于地面的射电望远镜而言，大气层是“透明”的，即宇宙中的射电信号能量低、波长长，穿过大气层时不易散射，能够保留较为完整的信息被地面望远镜这双“眼睛”接收。以木星为代表的大行星辐射就发生在射电波段，这也启发人们在寻找其他同样具有磁场的行星时重点关注射电信号。
　　“FAST最大的优势在于接收射电信号的总面积很大，灵敏度高。”在李菂看来，FAST单位接收面积的性价比也很高。虽然世界上存在综合性能更强的射电望远镜，如某些阵列式望远镜，又如8台望远镜构成、观测首张黑洞照片的“事件视界望远镜”等，这些望远镜虽然分辨率更高，也能做很多FAST目前无法完成的观测内容，但由于每个阵列单元都要有独立的接收设备和传送、处理信号装置，因此成本将会指数级增长。FAST造价只有12亿人民币，而由66个望远镜单元组成的ALMA射电望远镜的造价为10亿英镑，折合成人民币约92亿元。
　　“FAST已经将灵敏度发挥到了极致，但由于口径的限制，观测系外行星时的分辨率还达不到理想要求。我们希望能够建设FAST扩展阵，将空间分辨率提升10～100倍。”李菂透露，目前计划采用5米口径的天线和简易接收单元，在现有的“球面”周围铺设成密集网，将原本300米有效基线扩大至几十公里。为了节省成本，扩展阵的每个单元不设置数字信号处理装置，而是利用光纤将接收到的电信号直接传输到在FAST的总处理器上。如此一来，“天眼”对于弱点源的响应性能将会大幅提升，“视力”进一步提高。

打开新窗：或改变对地外生命现有认知
　　FAST一旦接收到第一颗系外行星的射电信号，将意味着打开系外宜居行星探索的新窗口。
　　“当这种探测大范围展开后，很有可能会得到一个结论，即表明太阳系之外行星磁场是普遍存在的。”李菂认为，虽然磁场并非地外生命存在的唯一条件，但作为保护生命的重要因素，未来愈发多样、详细的行星磁场的探测将会改变人们对地外生命的现有认知，甚至将为搜索智慧生命和地外文明提供助力。
　　以目前观测到的数据，银河系之内、太阳系之外存在生命的条件是普遍存在的。“如果近期完全找不到地外生命的影子，反而是不可思议的。”李菂告诉记者，地球上各种极端条件下皆存在着生命，人们在地外也探测到构成生命的C、H、O等必要元素和大量复杂分子。银河系诞生了100多亿年。恒星、行星、磁场、水以及足够的时间，这些生命演化的必要因素齐备，为何不会存在地外生命？
　　很快，FAST将会迈出这一步，扩展阵也将在3～4年内建成，助力搜索系外行星的射电信号。
　　除此之外，FAST将在2019年9月结束长达3年的测试期，正式投入使用。超过10个国家和地区的天文学家的科学团队正在从事FAST相关研究。李菂透露，以中国科学院国家天文台为首的科研团队已经制定了两个系统化的巡天计划：FAST多科学目标同时巡天计划（CRAFTS）和银道面及仙女座星系巡天计划（GAS）。目前这两个计划已经确立了相关模式，进行了大量的技术测试，预期今年年底前正式展开，将成为FAST系统科学产出的主要依据，预期发现上千颗脉冲星、几十万个新的气体星系、超过100亿个像素点的新一代原子氢气天图。
　　“FAST多个观测项目，特别是两个系统巡天计划，将力争在脉冲星黑洞系统、引力波源、基本物理常数、星系演化、生命的太空起源等方向催生重大突破。”李菂说。

⊙作者：于紫月