＂“中国天眼”将建造一个扩展阵列来寻找外星生命“做你的功课”

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“中国之眼”即将迈出探索外星生命的一步。

科学家认为，除了水、适当的温度和大气，一个宜居的星球也有一个必要的条件——磁场。

作为世界上最大的单口径射电望远镜，500米的球形射电望远镜(FAST)将锁定外太阳系，并在大约100光年之外寻找与地球磁场相同的行星，从而帮助发现外星生命。最近，中国和法国的天文学家在《天文学和天体物理学》杂志上发表了这个观测计划。

从零到一:寻找第一颗系外行星。

磁场对生命非常重要。

地球磁场牢牢抓住地球表面的大气层，防止它被太阳风吹走，隔离最强的宇宙射线，保护生命免受射线的伤害中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家李毅在接受《科学技术日报》采访时表示。

太阳风是从太阳高层大气发出的超音速等离子体带电粒子流。当这种等离子流到达地球附近时，大部分等离子流将受到地球磁场的干扰，绕过地球，继续到达太阳系的外围。剩下的一小部分随着地球磁场线进入两极，并与空气体碰撞，形成彩色极光，而不是直接照射动物和植物。

那么，地球磁场是如何形成的呢？

“地球内部的高温导致物质融化。大量的电离物质，特别是液态铁金属，随着地球的旋转而长期运动，使地球形成一个强度相对稳定的磁场和南北磁极。”李毅告诉记者，地球磁场的细节也是学术研究的热点之一，比如频繁的磁场反转和加速的磁极运动。

在太阳系的八大行星中，除了地球，还有五个行星尺度的磁场，即水星、木星、土星、天王星和海王星。这些行星磁场的形成机制与地球大致相同。对于太阳系以外的空空间，学术界还没有真正探测到有磁场的行星，但天文学家已经发现了一些有磁场的棕矮星。棕矮星也被称为“失败的太阳”，因为与行星相比它们太大了，最轻的棕矮星比木星大十倍以上；与原子核中发生氢融合的恒星相比，它非常小。2018年，研究人员发现了一个质量介于行星和棕矮星之间的天体，它的磁场比木星强200倍。

“这让我们有理由相信，在太阳系之外会有许多具有磁场的行星。FAST要做的是打破这个零。”李薇说。

提高“视觉”:扩展阵列，帮助将分辨率提高100倍

在巨大的星际空间中，磁场的探测一直是一个难题。

对于太阳系中的行星结构、物理现象甚至磁场，我们可以通过发射探测器来直接探测它们。但是对于空探测器来说系外行星是遥不可及的。它只能通过地球上或附近的空望远镜等设备接收信号，并测量恒星的位置和速度是否发生变化，从而猜测它们周围是否有行星；后来，“掩星”或引力透镜现象被进一步发展用于观测，但上述常规探测方法与行星内部的磁场并不高度相关。

近20年来，一些天文学家开始锁定无线电信号，以便观察行星的磁场。你为什么选择无线电乐队？

“如果行星有磁场，那么在主星风的作用下，它会产生电磁辐射。尤其是在具有宽频率跨度的无线电频带中李薇说。此外，对于地基射电望远镜而言，大气层是“透明的”，即宇宙中的无线电信号能量低、波长长，在穿过大气层时不易散射，因此它们可以保留相对完整的信息，并被地基望远镜的“眼睛”接收。木星作为一颗有代表性的行星，其辐射发生在无线电波段，这也激励人们在寻找具有相同磁场的其他行星时注意无线电信号。

“快速传输的最大优势是接收无线电信号的总面积大，灵敏度高。”在李伟看来，FAST单位接收面积的性价比也很高。虽然世界上有综合性能更强的射电望远镜，如一些阵列望远镜，如“事件视觉望远镜”，它由八个望远镜组成，观察第一张黑洞照片等。尽管这些望远镜具有更高的分辨率，但它们也能进行许多目前FAST无法完成的观测。然而，因为每个阵列单元必须具有独立的接收设备和信号传输和处理设备，所以成本将成倍增加。FAST的成本仅为12亿人民币，而由66个望远镜单元组成的ALMA射电望远镜的成本为10亿英镑，相当于约92亿人民币。

“FAST已经将其灵敏度发展到了极限，但是由于口径的限制，观测系外行星时的分辨率不能满足理想要求。我们希望构建一个快速扩展阵列，并将分辨率提高到10-100时间的0倍以上。”李伟透露，计划使用5米长的天线和简单的接收单元，在现有的“球面”周围铺设密集的网络，并将原来300米的有效基线扩大到几十公里。为了节约成本，扩展阵列的每个单元都不配备数字信号处理设备，而是通过使用光纤将接收到的电信号直接传输到FAST的通用处理器。因此，“天眼”对弱点源的反应性能将大大提高，“视觉”将进一步提高。

打开一扇新的窗户:或者改变现有的对外星生命的认知

一旦FAST接收到第一颗系外行星的无线电信号，这将意味着为探索适宜居住的系外行星打开一扇新的窗户。

“当这种探索大规模进行时，很有可能会得出结论，太阳系外行星的磁场是普遍存在的。”李伟认为，虽然磁场不是外星生命存在的唯一条件，但作为保护生命的重要因素，未来对行星磁场更多样、更细致的探索将改变人们对外星生命的现有认知，甚至为寻找智慧生命和外星文明提供帮助。

根据目前观察到的数据，银河系内外生命存在的条件是普遍的。“如果你在不久的将来找不到外星生命的影子，那真是不可思议。”李毅告诉记者，地球上存在各种极端条件下的生命，人们已经发现了构成地球外生命的基本元素，如碳、氢、氧和大量复杂分子。银河系诞生于100多亿年前。恒星、行星、磁场、水和足够的时间都是生命进化的必要因素。为什么没有外星生命？

很快，FAST将迈出这一步，扩展阵列将在3-4年内建成，以帮助搜索系外行星的无线电信号。

此外，FAST将于2019年9月结束其3年测试期，并正式投入使用。来自10多个国家和地区的天文学家组成的科学团队正在从事与FAST相关的研究。李伟透露，中国科学院国家天文台领导的科研团队已经制定了两个系统的天空测量计划:FAST多科学目标同步天空测量计划(CRAFTS)和银河平面和仙女座星系天空测量计划(GAS)。目前，这两个方案已经建立了相关模型，并进行了大量的技术测试。预计在今年年底前正式推出，这将成为FAST系统科学输出的主要依据。预计将会发现数千颗脉冲星、数十万个新的气体星系和新一代超过100亿像素的氢原子天空图。

“FAST的多个观测项目，特别是两个系统测量计划，将力争在脉冲星黑洞系统、引力波源、基本物理常数、星系演化和生命太空起源等方向取得重大突破。”李薇说。(实习记者于子月)

:张嘉诚

来源：搜狐微门户