前言 宇宙真的广阔无比吗?人的肉眼只能观测到视线所至,为什么天文学家敢如此笃定宇宙就很大呢? 主要是因为大气层不仅有哈勃望远镜可以看到远方,地面上的小型天文望远镜也都能看见周围的星球。而多年前向太空发射的旅行者一号如今距离地球在226亿公里左右,听起来貌似距离好远,但实际上连太阳系的环卫带都没有出去,更别提其他的了。 太阳曾让我们看见它的黑子和耀斑在闪烁,明明宇宙很大,那我们怎么看不见其他的星系和太阳同样的操作呢? 太阳耀斑 太阳相对距离来说,是唯一一颗和我们很近的主序星,也是一点点防光照、灼晒的科研手段就能直接观察的,所以我们能看见,其他的恒星距离太过遥远,想要看见它们的能量活动和范围,就得借助天眼的帮助。天眼是什么? 在人们的印象中,天眼要么是开阴阳,断生死,可见鬼魂的道家能力或者是古代神话二郎神的第三只眼。但今天要说的是科学观察用的天眼。 天眼也属于望远镜的一类,不过它的观察镜片或者说其观察所使用的目标显示区域很大,比正常的望远镜大了很多。 中国天眼 在全球范围内,有着为数不多的天眼,主要目的是用于接收无线电波和粒子,同时也能探索到更远、更古老的宇宙早期运动现象,比如能观测到银河系中心的活跃超大质量星体黑洞类星体。 还有可能接收到未知外太空宇宙生命发来的无线信号,像曾经物理学家霍金就说过,不能把带有地球资料的无线信号发送到外太空去。中国天眼 中国有很多地方都建有天眼望远镜,但最能代表中国天眼的只有一个地方建立在贵州的平塘球面射电望远镜,英文拼写是FAST。 正在修建的FAST 其天眼工程项目是在1996年,我国天文学家南仁东先生提出构想,经历22年,最终在2016年9月25日落成并且开始使用,在2021年才对全球科学界正式使用。 在建造之初便有着它的独特目标观察最精密的宇宙能量波动,所以在建造的时候,其总面积堪比30个足球场大小,同时也是世界上单口径最大的射电望远镜,调节平焦度和观察目标的准确率可以在未来保持或者一直保持着世界一流水准,综合性能是著名的射电望远镜阿雷西博的十倍之巨。 中国天眼启用中国天眼发现了什么? 2020年10、11月份期间,国际科学期刊《自然》上面发布了两篇与快速射电暴有关的研究论文,论文的论点分析数据便是通过我国的中国天眼观测到的。 先来科普一下什么是快速射电暴。快速射电暴是一种宇宙中射电波瞬发炸裂的现象,持续时间特别短,通常情况下只有不到几毫秒。 其反应时产生的能量如果转换为电能,一次几毫秒的时间散发出来的能量足够维持全世界用电100亿年之久,所以科学家们一直探索着这种电波的产生方式或者说与地球相比,类似的能源反应是什么。 过去的几十年里,射电波的发现地都毫无规律且存在时间太过短小,往往神龙不见尾首,让科学家束手无策,但中国天眼这次探测,却是让大家看到了曙光。 快速射电暴最早发现时间是在2007年,当时由于持续时间太短、亮度特别显眼,科学家便将它命名为快速射电暴,带有急剧强烈的射电外辐射脉冲。 多年时间里,一直没有它的现象规律,到了近10年的时间里,我们才陆陆续续地发现了其近150次迸发的次数。根据测试信号与星系、银河系的效应对比,决断出它的出现地全部在银河系之外当中,于是科学家将目光投入了银河系周围星系区域。 2017年,快速射电暴竟然在同一地区几个小时内就爆发了数次,这在过往的记录当中实属首例,天文科学家当即便联系并同时使用了全世界多台大型的天眼对该地区进行合作探索。 根据信号的传递,终于在距离银河系30万光年外的一处星系里发现了它的迸发地。 光年在学术单位上是距离,不是时间刻度,一光年指光一年行走的距离即9。4608万亿公里 我国科学家在贵州天眼未修建使用时,得不到第一手资料时,他们的研究方向多为理论论文。有了天眼之后才重新对此进行了细致的探索,那两篇发表的论文就是在这里研究得出的。不过即便如此,科学家们也没有寻找到射电波的诞生方式。 射电波 中国天眼的接收面积非常广阔,同时会对所有的射线、电子波、辐射线有细致的分化拦截,超大的特性可以做到其他天眼看不到的微弱辐射的运动观察。 于是在2019年中国天眼被用以观察一个名为FRB180301的爆发源,2018年在澳大利亚首次发现这股爆发源的出现,当时也出现了2017年的射电波现象:电波多次在同一地点迸发。于是人们便把这个区域列入爆发源。 研究人员希望观察这个爆发源找到他们想要的答案。幸运的是,他们没能失望,期待的爆发源在同年的7月16日又出现了数次的迸发,两个小时的时间里,爆发了4次,规模空前盛大,但持续时间同样很短,但也足够了。 FRB信号光谱 同年的10月6号和7号两天里,6个小时又观察到了整整11次,后来在两天结束后,统计次数直接达到15次,每次的爆发强度都不一样。 虽然没有规律,但与之相对的是他们对比了第一次出现的爆发源,那个30亿光年外的爆发源,距离、射电频率等都是比较相似的,只是强度弱了不少。 这次观察,他们最重要的一个收获是确认FRB180301具有偏振复杂的多样性。 同年的观察研究和多年的理论,他们证明所发现的射电暴可能是存在于密致天体的物理运动产生的磁层里。 他们通过对11次射电暴的高强度偏振信号的解析,发现了每一次暴动产生的脉冲频率细微差异,这与地球上的磁场产生的电磁力脉冲规律相似,所以推断出应该与磁层有关。 磁层 而中国天眼有新发现消息一经传出,立马引起多方组织的关注,因为他们的证明有人能给出答案了,同时期的射电暴来源有多个不同带有争议的理论,结果被确定了其中一种。天文界对射电暴的几大争论是什么? 因为当时的中国天眼计划工程还在修建,没有这么大的接收面积和精细的脉冲辐射观察,所以大部分的研究都是建立在虚拟3D模具上。 早前天文界的科学家们认为认为射电暴的起源主要由以下的原因导致的:其一某些致密天体爆发会产生激波(粒子碰撞假说) 该理论的支持者将对观察到的已经毁灭的白矮星作核心基础理论,他们觉得是天体在密致压缩的过程中,可能和太阳内部的核聚变有类似的能力,能够吸收周围大量的物质来转换能量。 天体核聚变 在星球爆炸的过程中,所有能量以互不相撞的相对直线往外扩张,可能是碰撞到陨石,也可能是碰撞到毁灭星球的卫星导致能量由直线运动转变为冲击力,从而产生激波流。 该项理论被接受的原因在于星球爆炸前吸收的物资和爆炸后产生的能量迸发数量是特别大的。设想中转换为电能,是地球人类生产的电力总和的100亿倍,完全符合最初的研究理论中,射电暴的能量拥有程度。 而不被接受的观点在于射电暴存在的时间特别短,几毫秒的时间完全不是天体爆发所需要的。 射电暴存在时间很短 即便是黑洞吞噬也得花上不短的时间,那么天体爆炸所需要的哪怕是受到致命影响最短也得13秒左右,同时激波说明了能量还得碰撞后才能产生,那么时间方面就又跟不上。 但不管是认同还是不认同,没有人有绝对的把握。其二来自磁星的磁层 这个便是中国天眼所说的研究证明,宇宙中存在着一种磁星(磁性特别大的一种中子星,因为高度集中的磁性,产生了磁层),周围有着密度特别大的相互斥力,在磁性所覆盖的天体作高速运动时,磁性分子被打乱重置过程中,磁性相对应的碰撞或者是相互排斥,产生了大量的脉冲。 磁星 举个很简单的例子:两块磁铁同磁力的放一起,它会马上排斥并吸引相反的磁力在一起,或许我们感觉不到当时有什么力量传递出来,但在分子层面,大量的分子被瞬间排斥并转换方向吸引在一起。 那么切换成质量特别大的天体上,运动过程中产生的能量就会无限放大,那么也符合射电暴的能量释放。 当时对这理论不支持的学者认为,磁力的相互吸引,是相互吸收,按理说不存在能量的消散,应该是没有能量泄露才对。 磁力吸引 后来,中国天眼的研究证明暴动时的脉冲是有差异的。换句话讲,磁性是不均匀的,如果吸收的过程中数量不对,那么就会产生缺口,磁性反转能量就会快速释放,而至相对的,反转后又吸收,过程也不会慢,那么时间就能得到控制,也证明了磁性的作用。 两大争议,被证明了射电暴的诞生方式,同时也证明了中国天眼观察的地位! 中国天眼模型结语 虽然有着中国天眼的帮助,天文界持续多年的一场争论被终结,但宇宙本来就是有无限可能的,现在证明射电暴的诞生起源只是因为我们所拥有的知识和技术能观测到磁性和磁层,未来如果科学再度发展,或许会有不一样的理论和证明出现。 所以,即便是现在有所确认,我们也要以一个谦卑的心态去对待未知的一切,只有不断学习不断地吸收,未来人类在宇宙空间才有无限可能和无限精彩! 中国天眼科普基地