经过了几年的测试和系统调试, 在克服重重困难、闯过无数技术难关后, 2020年1月11日, 有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(FAST)终于通过验收, 正式投入运行了 。 这是我们为数不多的大科学装置, 是一个了不起的科学成就, 许多人都为之自豪 。
从2017年9月起, 在正式投入运行之前的1200天时间里, FAST就已经发现了146颗脉冲星候选体、确定了其中102颗脉冲星, 其效率是国外最先进望远镜的十倍以上 。
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中国天眼FAST
有朋友对此很不理解, 抱怨说, 这么多科学家花这么多时间这么多钱, 就为了在天上找几颗看不见的星星, 值得吗?脉冲星又不能吃, 拿来干嘛用?
爱好天文的你对类似的怨言或许不屑一顾, 考虑到这是许多人心中的疑问, 我觉得还是有必要说道说道 。
脉冲星是啥?这是一个很基础的问题, 许多人都知道答案 。
在我们的宇宙中有无数颗星星 。 平时我们看得见的是恒星, 它们发出耀眼的可见光, 白天我们抬头能望见太阳, 太阳是恒星 。 夜晚, 只要天气好能见度好, 我们能看见满天的星斗, 它们多是恒星(其间也有三两颗行星) 。
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人与宇宙
科学家们说, 恒星其实只在宇宙中占极少的质量 。 宇宙中96%以上是我们看不见的暗物质和暗能量, 只有不到4%是由重子构成的物质, 而这4%中的不到1%才是我们能看见的发光的恒星 。
打个比方, 你去超市买一大瓶可乐, 假设它就是一整个宇宙的话, 恒星只是其中的一滴水 。 其它的呢?其它的我们全看不见!
重子包括质子中子等物质, 我们所知道的一切物体都是由重子构成的 。 宇宙中4%的重子物质除了恒星、星云和行星外, 还有黑洞、白矮星和中子星 。 这三种星体都属极密度极大的天体, 它们不发出可见光, 我们看不见它们 。
就拿中子星来说, 它是巨大恒星死亡坍缩后的产物, 一立方厘米中子星物质的质量高达几亿吨, 试想一想在你的汤勺里放一座珠穆朗玛峰是什么感觉吧!
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中子星密度极大
中子星比太阳重多了, 但我们看不见它, 因为它的直径大约只有10~20千米, 并且它没有恒星明亮 。
好在大多数中子星有一个特点, 就是它拥有一个极强大的磁场, 其磁场强度比地球高千万亿倍, 并且这个磁场会随着中子星的旋转而旋转 。 这种旋转磁场的中子星就是我们所要找的脉冲星 。
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中子星磁场
我们怎么找到脉冲星?前节提到, 中子星有一个旋转的磁场 。 其实地球的磁场也是旋转的, 你能在宇宙中探测到吗?不能, 地球的磁场太弱了, 它只会影响很小的范围 。
中子星不同, 它是巨大恒星坍缩后的产物 。 强大的压力将恒星物质剧烈压缩, 电子被挤入了质子内部, 质子变成了中子, 中子们又被重力挤成密集的一团, 这一团核心的外围包裹着带电的质子和等离子体云 。
我们知道宇宙中大多数的恒星都会自转, 当恒星死亡向中心坍缩后, 由于角动量守恒的关系, 中心的中子星会转得很快 。 就像花样滑冰运动员在冰面上做的那样 。
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花滑选手的旋转
当花样滑冰选手舒展身体开始旋转时, 她的舞姿是曼妙舒缓的 。 随着四肢向中心逐渐收拢, 她旋转的速度会越来越快, 最后达到令人眼花缭乱的程度 。 在这个过程中没有外力的加入, 运动员仅靠初始旋转的角动量就可以获得非常高的转速(由a到b), 这在物理上被称为角动量守恒 。
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