近日，我國(guó)天文學(xué)家利用“中國(guó)天眼”(即500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，英文簡(jiǎn)稱FAST)發(fā)現(xiàn)了脈沖星輻射新形態(tài)——矮脈沖輻射，并揭示了脈沖星輻射瀕臨熄滅時(shí)其磁層結(jié)構(gòu)基本不變的物理事實(shí)。這一成果的發(fā)表，為“中國(guó)天眼”的“成績(jī)單”再添一筆。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、“中國(guó)天眼”總工程師姜鵬告訴記者，擁有著高定位精度、高靈敏度的“中國(guó)天眼”，已成為我國(guó)天文學(xué)研究不可或缺的助力。

賦能高質(zhì)量科學(xué)研究

據(jù)了解，當(dāng)前“中國(guó)天眼”已進(jìn)入成果爆發(fā)期，今年以來發(fā)布多個(gè)重要成果。

6月21日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了“中國(guó)天眼”取得的一項(xiàng)重要成果。該成果研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)了一個(gè)其軌道周期僅為53分鐘的脈沖星雙星系統(tǒng)，這也是目前發(fā)現(xiàn)軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型的重要缺失環(huán)節(jié)，有助于人類進(jìn)一步理解蜘蛛類脈沖星的形成和演化機(jī)制。《自然》期刊審稿人評(píng)價(jià)稱，該成果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)，使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短紀(jì)錄縮短了約30%，預(yù)示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。

此外，利用“中國(guó)天眼”，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等單位的科研人員組成的中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列(CPTA)研究團(tuán)隊(duì)還探測(cè)到了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。在此項(xiàng)研究中，CPTA研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”對(duì)57顆毫秒脈沖星進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，基于獨(dú)立開發(fā)的軟件，對(duì)時(shí)間跨度為3年5個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，在4.6西格瑪置信度水平(即誤報(bào)率小于五十萬分之一)上發(fā)現(xiàn)了具有納赫茲引力波特征的四極相關(guān)信號(hào)的證據(jù)。未來通過研究納赫茲引力波，人們可以研究廣義相對(duì)論在極端條件下的適用性、推斷宇宙中黑洞的演化歷史，并有可能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。這一成果的發(fā)表，在天文學(xué)領(lǐng)域具有重大意義，繼續(xù)保持了我國(guó)在低頻射電天文學(xué)方面的國(guó)際領(lǐng)先地位。

截至目前，“中國(guó)天眼”已發(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星，基于“中國(guó)天眼”的數(shù)據(jù)在《自然》(含子刊)、《科學(xué)》(含子刊)雜志上發(fā)表的高水平研究論文已達(dá)16篇，其中多項(xiàng)成果分別入選了《自然》評(píng)選的“2020年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)”、《科學(xué)》評(píng)選的“2020年十大科學(xué)突破”，以及2021年度和2022年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，并有三項(xiàng)研究成果入選美國(guó)天文學(xué)會(huì)亮點(diǎn)研究成果。

自主創(chuàng)新奠定技術(shù)優(yōu)勢(shì)

“中國(guó)天眼”能取得諸多成果，離不開其在技術(shù)上的優(yōu)越性。姜鵬表示，“中國(guó)天眼”具有自主的技術(shù)創(chuàng)新。

“第一，‘中國(guó)天眼’采用了主動(dòng)變形的反射面，可以在局部形成一個(gè)拋物面，從而改變球差，保證了望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)帶寬。如果用其他方式，比如線饋這種方式，會(huì)影響到望遠(yuǎn)鏡的帶寬。”姜鵬說，反射面所具備的主動(dòng)變位功能，令其可以在觀測(cè)過程中實(shí)現(xiàn)由球面到拋物面的連續(xù)變位。與先前的射電望遠(yuǎn)鏡相比，“中國(guó)天眼”不但更大而且更加靈活，它可利用自身反射面的不同區(qū)域形成瞬時(shí)拋物面，進(jìn)而通過小型饋源裝置獲取來自天空不同區(qū)域的信號(hào)，這更有利于它追蹤移動(dòng)天體。這一技術(shù)的應(yīng)用，大幅提高了“中國(guó)天眼”的天空覆蓋范圍和靈敏度，使其能夠接收到更加微弱的射電信號(hào)，探測(cè)更寬廣的宇宙深空。

“第二，‘中國(guó)天眼’采用了輕量化的饋源支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這可以減少支撐結(jié)構(gòu)本身對(duì)反射面的遮擋，讓更多的電磁波通過反射面匯聚到望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部，形成更大的信號(hào)，從而提升天線的收集效率。”姜鵬說。據(jù)了解，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)以6根大跨度的柔索驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案代替美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的剛性背架支撐結(jié)構(gòu)方案，以柔性結(jié)構(gòu)代替剛性結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)形式大大簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了饋源的毫米級(jí)動(dòng)態(tài)定位精度。

“在中低頻射電領(lǐng)域，‘中國(guó)天眼’目前的成果數(shù)量還是比較突出的。天文學(xué)是一個(gè)發(fā)現(xiàn)學(xué)科，想要發(fā)表成果，就不能重復(fù)別人做過的東西、必須要去解決新的問題。‘中國(guó)天眼’所擁有的一系列特性，使得它解決了許多其他望遠(yuǎn)鏡不太容易解決的問題，從而催生出一系列成果。”姜鵬表示，在未來幾年內(nèi)，“中國(guó)天眼”依舊會(huì)在中低頻射電領(lǐng)域保持國(guó)際領(lǐng)先地位，也會(huì)持續(xù)產(chǎn)出更多的天文學(xué)成果。

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