投资6亿多建造的第一望远镜“中国天眼”,究竟发现过什么?

中国天眼,耗时22年,总共耗资人民币6.67亿。我国天文学家南仁东于1994年提出设想,以我国为主导,10个不同国家参与,2016年9月份完工,而天眼之父却在落成一年后(2017年9月)与世长辞。

天眼是500米口径的球面射电望远镜,坐落于贵州平塘县,依天然的喀斯特洼地之势而建。作为地球上最“明亮”的眼睛,肩负着人类探索宇宙几项至高的使命,其中包括了搜寻外星生命。天眼不仅仅是中国的骄傲,也是人类的骄傲。

天眼的重要性

此前中国的天文学是非常薄弱的,我们从古就说“上知天文”,意味着天文需要“抬头”观测,而观测的远近、精准度都非常依赖望远镜,叫得上名的伟大天文学家都与望远镜脱离不了联系。

实验派的鼻祖——伽利略,也是望远镜的发明者,他对宇宙的直观了解是当代人无法企及的,因为他看得比别人远。

近代天文学鼻祖——第谷,当时手工制造水平超一流的他,先制造出了当时最强大的观测设备,才有了准确详尽的天文数据与理论。

第谷的徒弟——开普勒,基于第谷详尽的观测“笔记”,才有伟大的开普勒三定律。

哈勃在20世纪初,利用最先进,最大的胡克望远镜,观测了大量不同远近的河外天体退行速度数据,发现了宇宙膨胀,纠正了爱因斯坦,人类第一次从真正意义上了解到宇宙结构,它并非一成不变,而是动态的,膨胀的,并启发了宇宙大爆发等理论。

天文学看到的不仅仅是天体的运行,还关系到整个宇宙的演化、宇宙物质的演化、天体的演化。因此没有一流的望远镜并不仅仅是天文学薄弱这么简单。

举个例子:没有强大的望远镜,黑洞永远只能停留在理论之中,爱因斯坦的广义相对论只能是假说。

2019年的黑洞照片动用了全球8台毫米(亚毫米)波射电望远镜。天文学家得到不仅仅是一张照片,而是背后黑洞的相关数据,这是人类对宇宙中最致密、最神秘的天体的第一次直观的了解。

黑洞光都无法逃离,它突破了很多我们原本认知的物理极限,人类到目前都知之甚少。

说句难听的,别人好不容易得到了数据会第一时间无偿、毫无保留得告诉你吗?而这些数据代表的不仅仅是天文学,而是宇宙学、物理学。没有超强的观测手段,意味着我们得科学发展处处落人一头。

站在地球村的角度来考虑,中国天眼可以推动人类的科学、科技进步,因此很多国家天文学家都愿意参与进来,出谋划策。最关键的是一开始我也出力了,偶尔要用用,需要点数据也就顺理成章了。没有他们的帮助也就没有今天的天眼,我们原本就浅薄,因此需要集众家之所长。

那么如今落成至今5年了,天眼现在如何,它的主要使命是什么,推动了人类哪些进步?我们挑主要的说说。

天眼干了什么?

中国天眼有以下几大主要使命:

简单来说天眼第一个任务是“临摹”被暗物质占据的宇宙,从而揭秘暗物质是什么。

暗物质占宇宙物质总量85%,然而却看不见摸不着。不过,宇宙中存在大量中性氢,当下雨天雨伞转起来,大量雨滴会被甩出去,如果有些雨滴转起来依然留在伞中,那么说明有一种无形物质发挥着无形的引力,拽着雨滴不让它们甩出来。

图:光学望远镜和射电望远镜得到的不同结果(蓝色为星系周围的气体分子)

天眼望远镜看得很远,可以收集河外高速旋转的星系中没有被甩出去的中性氢数据,从而“临摹”出暗物质在宇宙中的分布,也就是第一份具有暗物质分布的宇宙地图,并基于宇宙演化理论还原出早期宇宙模型。

第二个任务还是“临摹”,这次是宇宙“地图”。

宇宙中存在大量脉冲星,它们因为旋转速度不同,旋转方向不同,离地球远近不同,所以我们接收到的脉冲速率不同。天眼非常灵敏,寻找脉冲星的速度超过了全球所有射电望远镜的速度之和。不同的脉冲星就像宇宙空间的发出不同频率脉冲的“灯塔”或者路标。有了更多的灯塔,我就能构建出更详尽的宇宙“导航图”。这个意义是非常重大的,想想未来人类在宇宙中航行,用的是中国人制造的导航。

这两个临摹任务,天眼一直在进行中,这些都是需要长久积累的任务。实际上,在天眼调试阶段,它的灵敏程度以及寻找脉冲星的能力已经远远超过天文学家的想象。基于这两个任务,我们会得到大量数据,而且会发现很多天文规律,中国也会在天文学上进行超越,或许也会出现一些伟大的天文学家。

今年9月份,搜索地外文明的任务也上线了,强大的天眼或许会在未来给人类带回“地外文明”的信息,我们拭目以待。