3月31日0時起，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡FAST將正式向全世界開放，向全球科學家征集觀測申請。本次征集為自由申請項目觀測申請，單個申請項目觀測時間不超過100小時，預計分配給國外科學家的觀測時間占10%左右，約為450個小時。
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中國天眼向全球開放，科學家能找到外星文明嗎？
地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃里。
—— 康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（蘇聯(lián)科學家，現(xiàn)代航天學和火箭理論的奠基人，航天之父）
中國貴州，一只碩大無比的「天眼」，正靜靜躺在黔南布依族苗族自治州的喀斯特洼坑中，好奇地打量著宇宙。
500米口徑球面射電望遠鏡中國「天眼」
它是個四歲多的娃娃，卻有著強大的「軀體」，由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構成，是一臺 500 米口徑球面射電望遠鏡，面積相當于 30 個標準的足球場。
它的爸爸是中國天文學家南仁東先生。1994 年，南仁東先生提出建設構想。歷時 22 年，「天眼」于 2016 年 9 月 25 日落成啟用，是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。
日前，中國向世界宣布，「天眼」將于 2021 年 3 月 31 日正式對全球科學界開放，為人類外空命運共同體提供貢獻和發(fā)展經驗。
這只眼睛能看什么？
眼睛，當然是用來看「光」的。
人類之所以能看到東西，是因為電磁波進入了我們的眼睛，而可見光，就是電磁波里很小的一部分波段。
同時，還有很多波段的電磁波僅憑肉眼看不到，這些電磁波攜帶了大量信息，其中涵蓋了大量極其重要的天文研究對象，比如射電星系、類星體、脈沖星和宇宙微波背景輻射等等，這就需要借助「天眼」一類的射電望遠鏡來接收、分析這些信號。
可見光只占電磁波里很小一部分. 圖片來自：維基百科
「天眼」工程總工程師兼首席科學家南仁東介紹，借助「天眼」，人類可以做很多事：
1.
可以將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質和暗能量，尋找第一代天體
2.
能用一年時間發(fā)現(xiàn)約 7000 顆脈沖星，研究極端狀態(tài)下的物質結構與物理規(guī)律
3.
有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質
4.
發(fā)現(xiàn)中子星 —— 黑洞雙星，無需依賴模型精確測定黑洞質量
5.
通過精確測定脈沖星到達時間來檢測引力波
6.
作為最大的臺站加入國際甚長基線網，為天體超精細結構成像
7.
可能發(fā)現(xiàn)高紅移的巨脈澤星系，實現(xiàn)銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破
8.
用于搜尋識別可能的星際通訊信號，尋找地外文明
睜眼看宇宙，成果有幾何？
在宣布向全球科學家開放前，「天眼」已投入運行幾年，成果頗豐。
2017 年 10 月，「天眼」發(fā)現(xiàn) 2 顆新的脈沖星，一個脈沖星距離地球 1.6 萬光年，自轉周期為 1.83 秒，被命名為 J1859-01。另一顆距離地球約 0.41 萬光年，自轉周期為 0.50 秒，命名為：J1931-01。
2017 年 12 月，「天眼」再次發(fā)現(xiàn) 3 顆脈沖星。截至目前，「天眼」共發(fā)現(xiàn)了超過 240 顆脈沖星。「天眼」在短短兩年內發(fā)現(xiàn)脈沖星數(shù)量，超過同期歐美多個脈沖星搜索團隊發(fā)現(xiàn)的數(shù)量總和。
脈沖星假想圖. 圖片來自：天文在線
2020年，4 篇論文同時在著名學術期刊《自然》上發(fā)表，發(fā)現(xiàn)并論證了一個河內快速射電暴 FRB 200428 起源于磁星 SGR 1935+2154，為「快速射電暴源于磁星」這一理論猜測增添了有力的證據(jù)。其中一篇論文正是基于「天眼」的觀測成果。
天眼的意義在哪里？
2020 年 4 月，「天眼」觀測時間分配委員會開始向國內天文界征集自由申請項目，半年多來接到 170 余份申請，申請的總時間約 5500 個小時，實際批準 1500 個機時，只有 30% 能得到支持，競爭相當激烈。
2021 年 1 月，中國宣布「天眼」向全球科學家開放后，在科學界引起了熱議，許多國家的科研團隊和科學家立即發(fā)出了申請，但最終中國只能盡量騰出約 10% 的觀測時間用于共享。
由此可見，「天眼」的意義有多么重大。而它之所以含金量如此高，是因為它的觀測數(shù)據(jù)是人類邁入太空更深處的基礎。
1.繪制宇宙精確「地圖」
細心的你應該發(fā)現(xiàn)了，脈沖星這個關鍵詞出現(xiàn)了很多次。在說它前，我們先來說說航海。
如果你開著一艘船在茫茫大海上航行，沒有地圖，沒有指南針，沒有定位系統(tǒng)，能不能到達目的地只能靠運氣。
但如果你有一個定位系統(tǒng)，一切都變得格外輕松，你知道航線是怎么樣的，目前自己在哪個位置，接下來要精確地往哪里航行等等。
想象一下，如果你開著一艘恒星級飛船，從太陽系出發(fā)，到 4 光年外的另一顆恒星系去，能靠什么定位？
沒有辦法精準定位。
和平面導航不同，太空導航沒有東西南北上下之分. 圖片來自：Guillermo Ferla（Unsplash）
太陽不過是宇宙億萬恒星中普通得不能再普通的一顆星星，僅靠太陽定位的后果只有一個，你會永遠迷失在宇宙中。
「天眼」重點觀測和尋找的脈沖星，就是目前已知最好的宇宙級定位參照物。
正如地球有磁場一樣，恒星也有磁場；也正如地球在自轉一樣，恒星也都在自轉著；還跟地球一樣，恒星的磁場方向不一定跟自轉軸在同一直線上。這樣，每當恒星自轉一周，它的磁場就會在空間劃一個圓，而且可能掃過地球一次……要發(fā)出像脈沖星那樣的射電信號，需要很強的磁場。而只有體積越小、質量越大的恒星，它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恒星，只有高速旋轉的中子星，才可能扮演脈沖星的角色。
地球自轉一周要二十四小時，脈沖星的自轉周期卻可以小到 0.0014 秒，于是它的超強磁場發(fā)射出周期性脈沖信號，看上去就像高速一閃一閃的燈塔，由于自轉周期極其穩(wěn)定，成為人類測量宇宙時空的超高精準度時鐘。
脈沖星高速自轉，超強磁場發(fā)射出周期性脈沖信號，成為「宇宙燈塔」. 圖片來自：維基百科
蟹狀星云脈沖星的X射線/可見光波段合成圖像. 圖片來自：維基百科
如果飛船進入了宇宙深處，望遠鏡和衛(wèi)星不能直接觀測時，就可以依靠脈沖星測算位置，探明的脈沖星數(shù)量越多，定位將越準確。
這就是「天眼」重大的意義之一，它正在繪制宇宙精確地圖，雖然只是一個小小的開始，但影響足夠深遠。
2.探索宇宙起源
人類自開蒙以來，一直在思考一個問題：我們從哪里來?！柑煅邸咕陀兄谔剿鬟@個問題。
「天眼」可以巡視宇宙中的中性氫。氫聚變產生的能量點亮了恒星，太陽因此發(fā)出了光和熱，造就了地球這個人類生命的搖籃。
星系中的氫元素除了形成恒星，還有一部分會剩下來，以中性氫原子形式存在，稱之為中性氫。
科學家繪制的宇宙中性氫地圖. 圖片來自：Rose Latoz（SCINEWS）
通過對比較原始的星際氣體的觀測發(fā)現(xiàn)，在銀河系和許多河外星系中，輕元素氦的同位素氘相對于氫的數(shù)量基本上是均勻分布的。這和許多重元素的非均勻分布形成了鮮明的對照。
據(jù)科學家推測，宇宙大爆炸后最初幾分鐘內預期出現(xiàn)的高溫高密狀態(tài)極易導致輕元素的合成，而重元素則是在眾多的恒星內核深處合成，直到發(fā)生超新星爆發(fā)時才大量散布開來的，它們相對于氫的數(shù)量不會是均勻分布的。
國家天文臺副臺長鄭曉年指出，研究宇宙中的中性氫可以「研究宇宙大尺度物理學，以探索宇宙起源和演化」。
3.探索地外文明
小說《三體》中，三體人用二維展開的質子包住地球，偽造了宇宙背景微波輻射的閃爍，以此向人類證明存在地外文明且科技水平遠超人類。
「天眼」就能觀測到宇宙微波背景輻射，但是宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸的產物，太雜太亂。
根據(jù)宇宙大爆炸理論，最初的宇宙非常小，聚集著極高密度的物質和能量，溫度非常高。宇宙大爆炸后，即便空間膨脹了非常久，當年的熱量也不會完全消散掉，還有殘留的熱量，均勻地分布在整個宇宙中，就是宇宙微波背景輻射。
宇宙大爆炸假想圖. 圖片來自：維基百科
「天眼」要做的，就是從海量雜亂的宇宙微波背景輻射中，甄別篩選出暫時不符合科學認知的、奇異的、無規(guī)律的、明顯加工過的信號，看看這些信號是否由地外文明發(fā)出，以此間接推測地外文明的存在。
2019 年初，加拿大 CHIME 望遠鏡團隊宣布第二次發(fā)現(xiàn)重復的快速射電暴（FRB）。當時有天文學家指出，雖然暫時無法確認這種現(xiàn)象的成因，但并不能排除這種信號是由地外文明所發(fā)出的可能性。
地球很好，為什么還要探索宇宙？
人類如果決定深入宇宙繼續(xù)進化，這種難度不亞于當年我們的祖先從海洋爬上陸地，一步踏錯，可能遭致滅頂之災。
但如果不踏出這一步，人類將永遠失去更進一步的可能，就像我們祖先當年一樣。
人類進入文明社會以來，資源矛盾一直是不斷催生經濟危機和引發(fā)戰(zhàn)爭的根本原因，每次技術爆炸都是在不斷釋放資源的潛力，不過資源總有開發(fā)利用的極限，再加上人類數(shù)量、壽命和人均資源消耗仍在不斷提升，資源緊張帶來的危機只會一次比一次快，一次比一次深。
諾曼底登陸. 圖片來自：維基百科
愛因斯坦曾預言，第四次世界大戰(zhàn)的武器將是石頭，可見緩解資源矛盾的迫切性和重要性。
目前探明，光是月球一個衛(wèi)星，都有極為豐富的礦產資源和大量的氦 3，通過利用氘和氦 3 可進行氦聚變，作為核電站的能源。
因此，向宇宙深處進發(fā)是人類的必然選擇，大量資源正等待人類挖掘，借助「天眼」，我們可以打好前期基礎，讓后人走得更遠。
