FRBs将成为研究宇宙的最终工具，它是一个什么样的工具？

每隔两分钟，一道神秘的无线电波就会在天空某处爆炸，并在几毫秒内消失在黑暗中。天文学家首先在2007年存档的数据中注意到了这种爆发，此后的十年左右，他们一直在仔细收集快速射电爆发（FRBs）的例子，寻找可能揭示其起源的模式。现在，他们有多达500个新爆发的研究。

6月9日，一项国际研究合作发布了位于不列颠哥伦比亚省的加拿大氢强度标测实验（CHIME）的首个FRB目录，单日已知FRB数量增加了两倍多。新的数据集有力地支持了两种不同类型的FRBs点缀在射电天空的观点，它预示着天文学家利用FRBs照亮宇宙最遥远区域的未来。

“这代表了FRB科学的一个新阶段，”麻省理工学院天体物理学家说。

FRB查找机

氢强度标测实验最初的设计初衷并不是要成为世界领先的快速射电爆发猎手。天文学家最初计划用这台机器来利用暗淡的氢原子的抖动来绘制宇宙物质到史无前例的遥远的距离。但在加拿大政府资助了这台900万美元的机器之后，研究人员意识到它非常适合解决正在出现的FRBs之谜。

氢强度标测实验合作机构的最新研究结果显示，天空一直闪烁着FRBs，大约每天880次。但是，除非天文学家碰巧有一个大型的无线电天线，在正确的时间，在天空中的正确的随机点上探测，否则爆发将是看不见的。

然而，氢强度标测实验有一个宇宙视角。望远镜的宽大接收器（比碟形接收器多一半）能同时接收头顶大部分天空中的无线电波，而地球的自转将其指向不同的方向。一个450万美元的超级计算集群专门用于寻找FRB，在设计过程的一部分增加了这个集群，它一次将望远镜聚焦在数千个点上。

以前，研究人员倾向于逐个分析FRBs。该目录现在打开了研究FBBS丛集的大门，“将整个领域转化为大数据科学”，来自蒙特利尔麦克吉尔大学的CAME合作成员Mohit Bhardwaj在新闻发布会上说。

随机性

大多数天体物理学家认为frb来自磁星，这是恒星死后能变成的最奇怪的东西之一。磁星是被称为中子星的恒星尸体的高磁化版本，使它们成为宇宙中密度最大、磁性最强的天体之一。理论家们推断，只有将这么大的质量和磁场强度装进非常小的包裹中的物体，才有可能强大而灵活地发射出短暂的爆发。在2020年，氢强度标测实验在我们自己的星系中发现了一个磁星快速射电爆发。不过，磁星究竟是如何产生无线电波的，谁都猜不透。

Masui说：“有太多的理论，但目前没有足够的证据支撑哪些理论可能是对的，哪些理论可能是错的。”。

氢强度标测实验目录几乎证实了一个长期以来的怀疑：并非所有的frbS都是一样的。天文学家发现了一小部分重复出现在天空同一地点的frb，称为“重复波”。在535次新发现的爆发中，61次闪光来自18个重复波。

天文学家还发现，“重复波”看起来与一次性爆发有本质的区别。一次frb是短暂的，往往闪耀着无线电波的彩虹，而“重复波”往往表现为一个单一的无线电色调。这种区别暗示磁星至少可以有两种不同的发射无线电波的方式。

穿越宇宙

不管是什么导致了FRBs或者是如何引起的，研究人员已经在考虑如何让这些爆发在黑暗中工作。数以百计的爆发似乎来自四面八方，但它们与银河系保持着对齐，这是一个迹象，表明发射它们的宇宙灯塔分散在宇宙中，许多来自数亿到数十亿光年之外。

CHIME还获得了一种称为色散的FRB，这是一种测量光子在星系间传播时，爆发的射频如何扩散的方法。这种分离随着FRB光子穿过填充空间的稀薄等离子体而增大（就像白光穿过棱镜时分离成彩虹一样）。在这种离散中，每个FRB记录了它在旅途中遇到的事情，就像一辆 汽车 的轮胎记录了他们走过道路的 历史 一样。

随着CHIME的FRB目录的增长，天文学家们希望他们能够利用它在最大尺度上绘制出宇宙物质的地图。

“我们认为（FRBs）将成为研究宇宙的最终工具，”Masui说。

射电望远镜被誉为观测宇宙深空的 “天眼”。与传统的天文望远镜不同， 电望远镜被誉为观测宇宙深空的 它是利用接收宇宙中发射出来的电磁波信号来探测宇宙天体的，其优点是探测距离远，灵敏度高，特别是随着其接收信号的反射镜面的口径增大，探测的距离和灵敏度将大幅提高。

1609年，意大利科学家伽利略用自制的天文望远镜发现了月球表面高低不平的环形山，成为利用望远镜观测天体的第一人。20世纪40年代，外形类似巨型大锅的射电望远镜问世。随着科学技术的发展，“天眼”的反射镜面口径增大到100米、300米，利用这些巨型“天眼”相继发现了类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射，但仍不能满足人们对探测宇宙深空和地外文明的需要。

什么是射电望远镜？小编用一张图给大家科普一下：

令全球惊叹的超级“天眼”亮相

2016年9月25日，全球最大的单口径射电望远镜──中国500米超级“天眼”睁开它那巨眼观测宇宙。超级“天眼”的建成启用不仅标志着我国在科技前沿实现重大原创突破，而且也是中国跻身世界科学强国的一种体现。更引人注目的是，它将给全球科学家提供“慧眼”来探索宇宙深空的奥秘。

代表世界高科技先进水平的中国超级“巨眼”，将首批观测目标锁定在直径10万光年的银河系边缘，探索恒星起源的秘密，寻找地外文明，从而在世界天文史上镌刻出新的刻度。

气势宏伟壮观的中国超级“天眼”不仅令全球惊叹，而且获得了世界著名专家的高度评价。国际射电天文学研究中心教授安德烈亚斯·维切内克称赞说，中国超级“天眼”是一个工程奇迹，无疑显示了中国在发展高技术硬件方面取得了惊人的突破。美国著名科学家、诺贝尔奖获得者约瑟夫·泰勒说，超级“天眼”将会带来许多新的、重要的科技成果，并使中国在全球科技领域占据更重要的席位。

高新科技铸就世界最大 “天眼”

射电望远镜的工作原理是通过其面积很大的巨锅状反射镜面接收来自宇宙中由天体物质所发射出来的电磁波，并将电磁信号聚集增强，然后进行分析判断，以确定所探测的目标。射电望远镜的口径越大，观测的距离就越远。因此，建造口径更大的射电望远镜已成为天文学界的理想追求。

我国科学家于1994年提出建造口径500米超级“天眼”的构想，从预研到建成历时22年。设计与施工中，采用高技术创新科技打造成的世界最大口径、最灵敏的射电望远镜有以下几个特点：

一是大胆、巧妙地采用大自然造就的山谷天坑为超大型“天眼”安家。这个位于贵州平塘喀斯特地貌的天坑，其外形与巨锅状的反射镜非常吻合，就像鸡蛋卧在蛋杯里一样坐落在山谷中。天坑直径约600米，深达300米，底部平整，凹陷弧度均匀。这样，无需开山炸石，就可以在大幅减少工程量的情况下方便建造。而且周围人烟稀少，附近5到10千米范围内不会有干扰“天眼”正常工作的电磁波信号发射。

为选天坑，科技人员找遍了贵州的喀斯特地貌山区，初步确定了300多个候选洼坑。然后，通过计算机模拟工程填挖量，从中选出30多个进行实地考察，最后才选中这个形状很圆、大小和深度合适，而且适于施工建造的最佳自然天坑。

二是创新设计，制造了可以灵活转动的“天眼”。根据观测方向不同，这只巨型“眼睛”如同人转动眼珠一样，可以通过拉动索网来调整形似大锅的反射镜面方向，从而使超级“天眼”观测遥远的太空不存在方向上的死角。而号称当前世界第二大口径（300米）射电望远镜的美国阿雷西博望远镜，却是固定在地面上不动的。这样，美国的“天眼”只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域，而我国的超级“天眼”的创新在于利用巨型锅状反射面在射电电源方向上形成几百米的巨型反射面，更便于追踪深空移动的天体，其综合性能比美国“天眼”提高了10倍。

三是采用了世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个变位工作方式的索网体系，即由6670根主索和2225根下拉索完整拼出的超级“天眼”巨锅状反射面索网。这一索网用作超级“天眼”的骨架，其上铺装有4450块厚1毫米的铝合金制反射面板，总面积相当于30个足球场那样大。每块反射面板的背后都用钢索牵拉，就像人操控木偶那样，可以随着天体的移动来调整巨锅状反射镜面的方向，从而控制由6座高塔支撑的犹如超级“天眼”瞳孔的馈源舱，使“天眼”能灵活自如并精确地探测天体目标。这是一个无先例可循、极具挑战性的技术难题。

四是周到细致设计反射镜面板。镶嵌在索网孔洞上的每一块反射镜面板上都有孔，透光率可达50%。这样, 既可以防止反射镜面板上积聚雨水, 影响反射镜面探测电磁信号的性能, 又能将雨水渗漏到天坑底部的树木花草上, 加上有孔的反射面板透光性能好, 使这些植被生长丝毫不受影响。此外，超级“天眼”所处的喀斯特地貌既可以保障雨水向地下泄流，不会对设备的运行产生影响，又可以为“天眼”提供天然屏障，以免地球上的无线电噪音和气流干扰来自太空的信号。

五是施工和安装中攻克了各种技术难关。例如，我国自主研发的用于测量反射面板间距离的高精度角锥反射棱镜可以保证每一块反射面板的精确安装，将面板间的距离误差控制在01毫米以内，并使角度误差不超过01秒。再如，这个世界上跨度最大、精度最高的索网结构所用的高应力幅钢索，历经上百次拉索试验，才达到超级“天眼”工程对钢索疲劳性能的要求，而且高于国际标准1倍以上。

六是设计采用了6个高塔来悬挂和调整馈源舱，并以精密齿圈实现馈源接收机的空中转体，保证馈源相心始终对准焦点位置，从而实现对来自宇宙深空微弱信息的高效率接收。

超级“天眼”高强本领的闪光亮点

由于来自太空天体尤其是宇宙深空天体的电磁波信号极其微弱，从射电望远镜诞生至今70年来所有传统射电望远镜收集的电磁信号能量还翻不动一页书。因此，要探测宇宙边缘的信息就需要像超级“天眼”这样的超大口径射电望远镜。这是因为超级“天眼”具有超强的探测能力，它发现气体星云有望比过去提高10倍，发现脉冲星数量有望翻倍，还有望发现新的星际分子。利用传统射电望远镜已发现的2500颗射脉冲星全部位于银河系内，而超级“天眼”的首批探测目标便是依靠其超群的灵敏度搜寻河外星系的脉冲星。

位于贵州的500米口径球面射电望远镜被称为中国“天眼”

中国的超级“天眼”与号称“地面最大机器”的德国波恩100米射电望远镜相比，其灵敏度提高了约10倍 ；与被评为“人类20世纪十大工程之首” 的美国300米阿雷西博射电望远镜相比，其综合性能也提高了10倍。由于超级“天眼”比目前世界上所有射电望远镜都更大、更灵敏，因而在寻找外星生命方面它将探测得更快、更远，并将获得目前世界还没有的发现。有人形象地表述了超级“天眼”的超强灵敏度：如果来个时空穿越，即使嫦娥在月宫里打手机，也逃不出超级“天眼”锐利的目光。

超级“天眼”具有超强的探测本领，能接收到137亿光年以外的电磁波信号，这个距离接近于宇宙的边缘。因此，超级“天眼”能看到更远、更暗弱的天体，可观测的天体数目将大幅度增加。利用它可探测星际分子、搜索可能的星际通信信号，可以使寻找地外文明的概率提高5至10倍。

由于超级“天眼”最擅长探测中性氢,这是宇宙中最丰富的元素, 也是形成恒星的原料。通过探测中性氢可研究宇宙大尺度物理学, 以探索宇宙起源和演化。它的另一大科学目标就是观测脉冲星。脉冲星是恒星死亡后遗骸存在的一种形式, 属于高速自转的中子星, 是除黑洞外密度最大的天体。观测脉冲星不仅可研究极端状态下的物质结构与物理规律, 而且能为航天器提供精确的导航信息。据报道，超级“天眼”近期已接收到来自1351光年外的一颗脉冲星发出的脉冲信号，展现了它出手不凡的高超本领。

大有作为与广阔发展前景

超级“天眼”将在宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方面提供发现和突破的机遇, 也将在日地环境研究、国防建设、航天航空和国家安全等方面发挥着不可替代的作用。

我国老一辈天文科学家曾语重心长地说,拥有超级“天眼”这样的望远镜一直是个梦想。“二战”后,随着射电望远镜的问世, 接连涌现出类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现, 而我们由于缺少相应的观测设备使这些领域长期处于空白状态。现在梦幻变成现实, 我们要充分发挥拥有超级“天眼”的优势，迎头赶超，使我国成为世界科学强国。另外，这个超级巨型“天眼”除我国科学家使用外，未来两至三年将开放给外国科学家。

超级“天眼”还将在以下相关领域得到应用：一是可参与航天工程中的测控系统工作，把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至整个太阳系；二是用它来接收深空卫星的通信数据，从而把数据的下载速度提高100倍；三是可作为非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地球中高层大气、电离层和地磁场的有关参数，为子午工程（大型空间环境地基监视系统）做出贡献；四是超级“天眼”实际上就是安放在云贵高原上的一部超大型被动式雷达，以其更快、更远和更准的探测能力，将在军事战略上具有重要意义。

按计划，我国将打造立体的“天眼”集群，即将超级“天眼”和其他5座射电望远镜组成“天眼群”——甚长基线干涉测量网，并主导国际射电领域的低频测量网，从而更好地获取天体超细结构。

超级“天眼”将有可能取得重大科学突破。根据有关规划，在其保持世界领先的10年至20年里，它将预期观测到两倍于目前已知数量的脉冲星，发现10倍于已知数量的气体星云。目前，由于脉冲星的稳定性比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，因而被誉为“宇宙灯塔”，可用于航天器导航。脉冲星发出极为稳定的X射线脉冲信号，能为近地轨道、深空探测和星际飞行航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等自主导航服务。我国已于2016年11月10日成功发射了脉冲星导航试验卫星，并计划在未来5至10年持续探测26颗脉冲星，以开展新型导航技术的深入探索。

更值得期待的是，超级“天眼”将加入国际组织的“突破聆听”计划，开展外星生命的搜索探测。超级“天眼”500米口径的巨大反射镜面可探测到非常微弱的电磁波信号，发现外星文明的可能性将大幅度提高。

撰文|崔金泰

作者：崔金泰，科普作家。曾两次获得“成绩突出的国防科普作家”称号。

本文刊登在《今日科苑》杂志2017年2月刊科技随笔栏目。

楼主说的两极应该是指中子星自转轴与星体表面的交点；但实际上，你所看到的“光束”名：同步加速辐射束并不是在两极发出的，而是与自转轴有一定夹角。（其实想想也应该知道，这种中子星叫脉冲星，假若光束在两极射出就不会有脉冲现象了。可以这样理解：星体的地理两极与磁极不重合，而“光束”是依据磁极位置来射出的）

中子星是发光的。中子星的能量辐射是太阳的100万倍，表面温度就可以达到1000万度，中心还要高数百万倍…

更多信息参阅：中子星http://baikebaiducom/view/980htm#3

对于“两束光就是宇宙中的灯塔,能照亮地球,然后通知外星人发现我们”中，中子星中的脉冲星确实被称为“宇宙灯塔”，但要和外星人扯上关系那就有点故弄玄虚的味道了。

中子星（脉冲星，不是所有的中子星都叫脉冲星）射出的光束“同步加速辐射束”实际上就是强电磁波辐射，主要集中在X射线和γ射线波段。

具体原理我也不清楚（惭愧哎），简单原理就是：由于中子星的体积缩小，其自转速度迅速增加，磁场增强了几亿倍，使整个形体变成一个奇妙的高速转动的磁力发电机，但发出的不是电力也不是普通的光束。

中子星模型常见的有 定向电磁波射束模型（即脉冲星） 和 带有吸积盘的中子星模型。

类星体是20世纪60年代天文学的“四大发现”之一。这种天体在一般光学观测中只是一个光点，类似恒星。然而在分光观测中，它的谱线具有很大的红移，又不像恒星，因此称它为类星体。到1993年底，已确认7383个类星体。

类星体的红移量之大，使天文学家大吃一惊，因为从红移量可以得到类星体远离我们而去的速度和它们与我们的距离。据观测，绝大多数类星体离开我们远去的每秒钟速度为几万公里、十几万公里，有的每秒则达到27万公里的“疯狂”速度，是光速的十分之九，运行最快的天体的“宝座”，非它莫属。

计算结果表明，类星体是人类迄今为止观测到的最遥远的天体，大都在100亿光年以上。80年代初期，澳大利亚的天文学家观测到一个类星体，距离我们地球竟达200亿光年，这就是说，我们现在观测到的类星体的光是在200亿年以前发出的！这一下子把人类对宇宙认识范围（认识的宇宙边缘）扩大到200亿光年之遥。如果是这样，那么它们自身的能量比一般星系能量还大上千倍。

然而令人惊讶的是，类星体的直径只有普通星系的十万分之一到百万分之一，还不到1光年，体积类似太阳，尽管个子如此的矮小，可它体内释放出来的能量却大的惊人，相当于200个星系能量的总和，或20万个太阳的能量总和。类星体因而荣获“宇宙灯塔”的雅称。

体积不大又怎么能提供如此之强大的能量呢？按照普通的物理规律真有点难以想象。

经过近二十年的研究，类星体不再是不可思议的了。专家指出，类星体可能是一个巨大的恒星或许多恒星发生爆炸，然后坍缩成巨大的引力场——黑洞时产生的天体，而黑洞就是它的能源。或者是超新星爆发喷射出来的气体和物质源源不断地流进正在形成的星系中心附近的黑洞的时候，黑洞就爆发成了一个类星体。伴随着进一步的爆发，它本身会变得特别明亮。

宇宙间的天体就是以地球为球心的虚拟的“天球”来定位的。地球上有什么样的经纬线，天球上也有什么样的“经纬线”。（这里把“经纬线”加引号的意思是，天球上是不这样叫“经纬网”的^0^,这个不重要，只要大家好理解就行。）你理解地球经纬线是如何确定方向的，就好理解天球是如何确定方向的了。当然地球的经纬线是球面的，是个面；而天球是立体的。所以在确定天体的位置的时候还要加上大致测量出来的该天体离咱地球的距离。而两天体互相之间的方向，就可以在这个充满了“经纬网”的立体的天球中通过计算得到。