对于美国康奈尔大学的天文学家 James Cordes 以及他的众多同行来说,位于波多黎各的阿雷西博望远镜(Arecibo)在去年突然垮塌彻底搅乱了他们的研究计划。Cordes 研究脉冲星,它是巨型恒星爆发后的遗留物,能够周期性发出射电脉冲信号。射电天文学家可以利用阿雷西博这样的射电望远镜捕捉到它的无线电波,据此研究恒星演化或者发现遥远星系。
幸运的是,中国“天眼” FAST 来了。这台位于中国贵州山区的 500 米口径球面射电望远镜 2016 年建造完毕,是目前世界上最大的单口径射电望远镜,灵敏度是阿雷西博的 2.5 倍以上。2021 年 3 月31 日起,FAST 向全球科学家开放观测项目申请。据悉,7 月下旬确定观测项目后,FAST 会从 8 月起执行观测。一位参与 FAST 观测项目申请评估的中国射电天文学家在接受 Undark 采访时表示,他们希望 FAST 向世界开放不仅能够帮助天文学家做出更好的科学发现,还希望借此机会为射电天文学领域打开一扇新的窗口,催生更多突破。
中国天眼,或许正在成为大洋彼岸天文学界的新希望。
中国“天眼” FAST 图片来源:Steven Sun
Cordes 和同事希望利用 FAST 完成北美纳赫兹引力波天文台(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, NANOGrave)项目里的一些工作。团队需要观察脉冲星以精确间隔发出的脉冲,监测它们是否比预期更早或更晚地到达地球。由此形成的复杂时间表能够证明引力波的涟漪对宇宙结构的拉伸和挤压。要完成这一工作,天文学家们必须每两周对一个脉冲星网络做一次监测,他们在这之前使用的是阿雷西博望远镜和美国第二大观测设施——西弗吉尼亚州的绿岸天文台(Green Bank Telescope)。在阿雷西博垮塌后,团队不得不另寻出路。
NANOGrav 的资深学者、美国西弗吉尼亚大学(West Virginia University, WVU)的物理和天文学教授 Maura McLaughlin 也打算申请让 FAST 观测“旋转无线电瞬态”(rotating radio transients , RRATs)——一种脉冲星在偶然状态下才会出现的短暂状态。她的研究团队曾使用阿雷西博望远镜发现了一些难以观测到的 RRATs。如今阿雷西博已经无法继续使用,FAST “真的是唯一可用的望远镜了”,McLaughlin 说。
从恒星间复杂的化学研究,到起因仍然是谜团的射电暴,不论哪一种(观测)提案都是 FAST 团队希望看到的。WVU 的另一位物理和天文学教授 Loren Anderson,对利用 FAST 揭示大型恒星对周围空间的影响,以及如何抑制新恒星的形成很感兴趣,这一研究能帮助科学家理解星系的演化。“在 FAST 起步的时候,阿雷西博状态还好,”他说,“可它现在已经‘死’了。我觉得这让 FAST 更具吸引力了。它现在是举世无双的观测设施了。”
FAST 也是研究宇宙基本组成——中性氢的关键。搭载其上的设备之一已被证明会在这一研究中发挥作用。由澳大利亚工程师设计制造的接收器使得 FAST 能够同时对天空中 19 个独立的点进行观测。
中国与澳大利亚的射电天文学家常在类似的项目中密切合作,部分原因是他们已通过另一个望远镜项目建立了联系——平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometer Array,美国 2011 年退出了这一项目)。通过天文学家们的奋斗,这一阵列包括了遍布南非和澳大利亚的数千个“圆盘”和百万条天线,它们共同组成了一个巨大的望远镜阵列。
但中美两国科学家的合作可能会面临一些麻烦与困难。例如,在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)近期的调查中,数十人因为没有透露自己来自他国的资金或所参与的他国人才计划而被开除或辞退——这其中 93% 都与中国有关。
2011 年的“沃尔夫修正案(Wolf Amendment)”不允许 NASA、美国科学技术政策办公室和美国国家空间委员会的科学家在未上报的情况下与中方开展合作。美国战略与国际研究中心(Center for Strategic and International Studies)的 Makena Young 说,“有些人害怕我们把技术机密泄露给我们的竞争者。”