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世界最大:FAST望遠鏡在貴州落成啟用,它能干嘛?


來源:江蘇企業網 點擊數:2092 更新時間:2017-12-18 責任編輯:高芳  【字號:小

    一口巨“鍋”:2016年9月25日,位于中國貴州的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)竣工典禮如期舉行,這項歷經十余年的大工程終于正式完成。作為目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡,FAST將為觀測脈沖星——一種密度極高的天體提供一個絕佳的平臺,在將來甚至可以通過精確測定脈沖星到達時間來檢測引力波。FAST厲害在哪里?利用FAST檢測引力波又是怎么一回事?《環球科學》專訪了在北京大學科維理天文與天體物理研究所研究脈沖星測時技術的“青年千人”研究員李柯伽,請他為我們解釋了以上問題。

   《環球科學》: FAST望遠鏡給我們的第一印象就是“大”,反射面口徑對于望遠鏡的功能來說有多重要?FAST投入使用后,會給脈沖星測時研究帶來哪些改進?
    李柯伽:FAST的確優勢就是大!一般來說,測量脈沖星到達時間的精度和反射面面積成反比。因此,如果口徑大一倍,測量精度就能提高到原來的4倍。
    目前國內脈沖星測時的主要望遠鏡是新疆南山25米射電望遠鏡和云南昆明的40米望遠鏡,這兩個望遠鏡的測量精度并不足夠用來探測引力波。 FAST的有效口徑是300米,比新疆25米和云南40米要大很多, 理論上會比南山25米的測量脈沖星時間的精度提高140倍, 比云南昆明望遠鏡提高約50倍。 因此,FAST將有可能提供世界上最精確的脈沖星到達時間測量數據,極有可能在脈沖星測時陣列探測引力波上有重大突破。
   《環球科學》:今年年初,LIGO首次探測到雙黑洞并合產生的引力波,也使“引力波”這個詞火了一把,但探測引力波不僅有激光干涉測量一種方式。可以盡量簡單形象地介紹一下您所研究的脈沖星測時陣(PTA)方法,以及利用FAST的射電觀測,是如何通過脈沖星測時技術探測引力波的嗎?
    李柯伽:要談引力波探測, 首先要明確引力波是什么。引力波是時空(時間和空間)上距離的波動。因此,引力波探測的目的就是測量時空上兩個點間距離的周期性變化。
    那么如何在時空上標定兩個點呢?方法是用兩個自由下落(不受除引力之外的任何力)的質點,把這兩個點當作粘在時空上的兩個小物體,再利用這兩個質點的相對位置來探測時空距離的變化。
    對于LIGO來說,這兩個小物體是懸掛起來的兩面鏡子,在垂直于懸掛方向上,鏡子不受力,這樣通過激光干涉的辦法來仔細測量兩個鏡子間距離的周期變化即可探測引力波。
    脈沖星測時陣列探測引力波是類似的想法。這里自由下落的質點就是脈沖星本身,也即脈沖星就是標定時空的兩個點。我們探測的是脈沖星發出的脈沖到達地球時間的周期變化。那么為什么不能只觀測一顆脈沖星來探測引力波呢?因為對于一顆脈沖星而言,我們不知道探測的信號是脈沖星的噪聲,還是其他的假信號。所以我們必須利用多顆脈沖星相關的方法,來尋找相關信號以區分引力波和噪聲。




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