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世界最大:FAST望远镜在贵州落成启用,它能干嘛?


来源:江苏企业网 点击数:1516 更新时间:2017-12-18 责任编辑:高芳  【字号:小

    一口巨“锅”:2016年9月25日,位于中国贵州的500米口径球面射电望远镜(FAST)竣工典礼如期举行,这项历经十余年的大工程终于正式完成。作为目前世界上最大的单口径射电望远镜,FAST将为观测脉冲星——一种密度极高的天体提供一个绝佳的平台,在将来甚至可以通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波。FAST厉害在哪里?利用FAST检测引力波又是怎么一回事?《环球科学》专访了在北京大学科维理天文与天体物理研究所研究脉冲星测时技术的“青年千人”研究员李柯伽,请他为我们解释了以上问题。

   《环球科学》: FAST望远镜给我们的第一印象就是“大”,反射面口径对于望远镜的功能来说有多重要?FAST投入使用后,会给脉冲星测时研究带来哪些改进?
    李柯伽:FAST的确优势就是大!一般来说,测量脉冲星到达时间的精度和反射面面积成反比。因此,如果口径大一倍,测量精度就能提高到原来的4倍。
    目前国内脉冲星测时的主要望远镜是新疆南山25米射电望远镜和云南昆明的40米望远镜,这两个望远镜的测量精度并不足够用来探测引力波。 FAST的有效口径是300米,比新疆25米和云南40米要大很多, 理论上会比南山25米的测量脉冲星时间的精度提高140倍, 比云南昆明望远镜提高约50倍。 因此,FAST将有可能提供世界上最精确的脉冲星到达时间测量数据,极有可能在脉冲星测时阵列探测引力波上有重大突破。
   《环球科学》:今年年初,LIGO首次探测到双黑洞并合产生的引力波,也使“引力波”这个词火了一把,但探测引力波不仅有激光干涉测量一种方式。可以尽量简单形象地介绍一下您所研究的脉冲星测时阵(PTA)方法,以及利用FAST的射电观测,是如何通过脉冲星测时技术探测引力波的吗?
    李柯伽:要谈引力波探测, 首先要明确引力波是什么。引力波是时空(时间和空间)上距离的波动。因此,引力波探测的目的就是测量时空上两个点间距离的周期性变化。
    那么如何在时空上标定两个点呢?方法是用两个自由下落(不受除引力之外的任何力)的质点,把这两个点当作粘在时空上的两个小物体,再利用这两个质点的相对位置来探测时空距离的变化。
    对于LIGO来说,这两个小物体是悬挂起来的两面镜子,在垂直于悬挂方向上,镜子不受力,这样通过激光干涉的办法来仔细测量两个镜子间距离的周期变化即可探测引力波。
    脉冲星测时阵列探测引力波是类似的想法。这里自由下落的质点就是脉冲星本身,也即脉冲星就是标定时空的两个点。我们探测的是脉冲星发出的脉冲到达地球时间的周期变化。那么为什么不能只观测一颗脉冲星来探测引力波呢?因为对于一颗脉冲星而言,我们不知道探测的信号是脉冲星的噪声,还是其他的假信号。所以我们必须利用多颗脉冲星相关的方法,来寻找相关信号以区分引力波和噪声。




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