脈沖星，難逃“中國天眼”

甘紅

我們從哪里來？又要到那里去？我們是這個(gè)宇宙中孤獨(dú)的存在嗎？望向浩瀚無垠的太空，我們不斷探索，我們尋求答案。1967年，科學(xué)家取得了一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)，某種物質(zhì)或者某“人”正通過太空向我們傳遞信息。那些奇怪的曲調(diào)，是宇宙在唱歌嗎？還是外星人在向我們“say hi”呢？宇宙似乎并不像我們認(rèn)為的那么平靜。這種不斷發(fā)射電磁脈沖信號的天體，被命名為脈沖星。脈沖星是宇宙中神奇的存在，它的發(fā)現(xiàn)，被稱為二十世紀(jì)六十年代的四大天文學(xué)重要發(fā)現(xiàn)之一。

脈沖星，是旋轉(zhuǎn)的中子星，具有密度大、溫度高、強(qiáng)引力、強(qiáng)磁場等特征，自轉(zhuǎn)速度極快，會(huì)周期性發(fā)出射電脈沖信號。所謂脈沖就像是人的脈搏一樣的、有規(guī)律的無線電訊號。正常成人的脈搏通常在70～80次/分范圍，即是說兩次脈搏的間隔時(shí)間平均是0.750～0.857秒。相比而言，脈沖星的脈沖時(shí)間間隔分布在更寬的時(shí)間范圍，最短的可低至毫秒級別，最長的也僅有十多秒。那么，這種脈沖是如何形成的呢？

脈沖現(xiàn)象又稱為“燈塔效應(yīng)”，顧名思義，常亮的燈塔不斷旋轉(zhuǎn)，一次次掃過某一特定區(qū)域，我們站在這一特定區(qū)域觀察到燈塔一明一暗不斷交替。燈塔每轉(zhuǎn)一圈，就掃過一次特定區(qū)域，即為一次脈沖。同樣的道理，脈沖星每自轉(zhuǎn)一周，地球上就接收到一次電磁脈沖信息，即是說脈沖星的自轉(zhuǎn)周期等于脈沖信號的周期。我們知道，地球的自轉(zhuǎn)周期是24小時(shí)，和脈沖星約1毫秒至十多秒的自轉(zhuǎn)周期相比，已算得上是成千上萬個(gè)日日夜夜了。

脈沖星發(fā)出的并非是脈沖式的信號，而是持續(xù)的能量流。不同于太陽這類恒星，脈沖星不會(huì)向四面八方發(fā)出射電信號。由于脈沖星具有強(qiáng)烈的磁場，射電信號沿著磁軸方向由兩個(gè)背對的“窗口”（磁極區(qū)）發(fā)出，并在宇宙空間中傳播，形成兩個(gè)圓錐形的輻射束，類似于手電筒發(fā)出的光束。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸不一定在一條直線上，輻射束不斷地在太空中畫圓。當(dāng)然，并不是所有的中子星都表現(xiàn)為脈沖星。只有當(dāng)輻射束掃過地球，我們接收到脈沖信號時(shí)，才能判斷其為脈沖星。

雖然我們接收到的這種規(guī)律的脈沖信號來自于脈沖星，而非外星人，但是人類從未停止尋找地外生命的腳步，我們渴望探索未知的星體，發(fā)現(xiàn)未知的宇宙現(xiàn)象和規(guī)律。脈沖星就是茫茫宇宙中的燈塔，指引我們向未知的宇宙航行。2016年9月，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡稱“FAST”）在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼的喀斯特洼坑中落成并投入使用。FAST是目前世界上最大單口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，被譽(yù)為“中國天眼”，其核心科學(xué)目標(biāo)就是搜尋和發(fā)現(xiàn)脈沖星，建立脈沖星計(jì)時(shí)陣，參與未來脈沖星自主導(dǎo)航和引力波探測。調(diào)試期間就發(fā)現(xiàn)了脈沖星，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)設(shè)備發(fā)現(xiàn)脈沖星的零突破。

FAST望遠(yuǎn)鏡探測到的首顆新脈沖星，于2017年8月22日在南天銀道面通過漂移掃描發(fā)現(xiàn)，編號為J1859-0131（又名FP1-FAST pulsar #1），自轉(zhuǎn)周期為1.83秒，據(jù)估算距離地球1.6萬光年。截至2020年3月23日，已發(fā)現(xiàn)并認(rèn)證脈沖星達(dá)114顆。未來十年，F(xiàn)AST探測到的脈沖星甚至可達(dá)上萬顆。

發(fā)現(xiàn)脈沖星并不是我們的終點(diǎn)，脈沖星還有很多參數(shù)和特性有待進(jìn)一步挖掘。比如，脈沖星的年齡，脈沖星的基本組成物質(zhì)在其極端壓力和密度條件下的行為和相互作用，都沒有被很好地認(rèn)識(shí)和理解。因此，需要新的、更精確的測量來確定理論。隨著FAST的建成使用和其他觀測手段的優(yōu)化結(jié)合，人類必將逐步揭開脈沖星的神秘面紗，最終建立太空脈沖定位和導(dǎo)航，為人類宇宙探索鋪平道路。