为什么我们需要SKA?(2)
科学家们终于想到了那个预言，那就是中子星。原来，当一颗有相当质量的恒星发生爆炸时，它的中心部分因反作用力而向内压缩，由此形成的压力大到足以使电子失去电性而成为中子，于是便诞生了一颗中子星。中子星在体积缩小时转速会加快，同时释放大量的能量。它的磁轴往往与自转轴有一定的角度，所以当以磁轴为中心的辐射锥扫过地球时，地球上的射电望远镜就能收到一个脉冲信号。蟹状星云中的中子星的脉冲信号以0.033秒为一个周期，表明这颗中子星在以每秒30周的速度自转着。研究显示，蟹状星云中的中子星是一颗超新星爆发的产物。当时，一颗恒星坍缩变成了一颗超新星，蟹状星云就是那次超新星爆发留下的残骸，而那颗中子星则是恒星坍缩后留下的星核。就这样，射电天文学对脉冲星的发现和研究证实了中子星预言的正确性，同时也把恒星的演化过程完整地展示在了人们面前。
探寻宇宙“黑暗时期”
对类星体和脉冲星的发现，是20世纪60年代射电天文学迅速发展起来后取得的巨大成就。它的另外两项重要成就是发现了宇宙大爆炸的微波背景辐射和弥漫于星际空间的星际分子，尤其是星际有机分子，这为解释宇宙生命的起源提供了一个崭新的视角。
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现在，让我们像倒放胶片一样来回顾一下我们观测宇宙的历史吧。开始的时候，我们看到的是现在的宇宙，有璀璨的恒星、星团、星系和星云，还有被它们照亮的行星和卫星。再往前，我们看到了它们的演化：超新星爆发、星系的碰撞和合并，它们在各种波段下向我们展现了令人惊异的壮丽图景。我们还看到在十分遥远的地方像焰火一样照亮宇宙的伽马射线暴，这是宇宙早期恒星相互碰撞或发生爆炸所产生的结果。那些星离我们是如此遥远，乃至于当年产生的闪光在宇宙中穿行了100亿年甚至更长时间后才在今天被我们看到。当然，我们还看到了类星体、发现了脉冲星和黑洞。至此，我们看到的是一个充满了光的宇宙。但再往前，当我们的视线延伸到130亿年之前时，我们的宇宙忽然倒退到了一个“黑暗时期”，那时宇宙没有任何发光天体，唯一的“光源”是正在逐渐降温的宇宙微波背景辐射。
天文学家们推测，在宇宙的“黑暗时期”，由于引力的不稳定性，宇宙中出现了一些“暗晕”，它是暗物质聚集的团。“暗晕”吸收普通物质，启动恒星和星系的形成，在星系的产生和发展中扮演至关重要的角色。正是暗物质的引力引发了宇宙第一代发光天体的诞生，产生了最早的恒星和星系。
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研究宇宙的“黑暗时期”是现代天文学的一个重大课题。这也是人们对SKA寄予厚望的原因，因为SKA的观测灵敏度是目前地球上任何射电望远镜阵列的50倍，分辨率是后者的100倍，扫描太空的速度是现今在这方面表现最佳的望远镜的1万倍。天文学家们相信，SKA将是史无前例的“时间机器”，它能把我们带到宇宙大爆炸后的早期宇宙，让我们研究黑暗时期的宇宙状态，包括暗物质，暗能量等现代物理学和现代天文学的重大问题。
为黑洞“留影”
SKA还将被用来研究黑洞，这也是现代物理学和现代天文学的另一个“热点”。黑洞的概念最早是由爱因斯坦的广义相对论导出的，在随后的数十年间又经过了大量的观测和验证，但人们从来没有直接看到过黑洞，也没有拍摄到黑洞的照片。
现在可以基本肯定的是，一个神秘的超大质量黑洞就隐藏在银河系的中心，它的质量是太阳质量的400万倍，距离地球约26000光年。科学家们发现，接近银河系中心的恒星运行得非常快，这被认为是超大质量黑洞存在的有力证据，因为那些恒星的“反常”行为正是黑洞的引力造成的。
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但黑洞不发光，又如何为它拍照呢？不用担心，功能强大的射电望远镜可以做到。由于黑洞的周围有旋转下降的物质流，它们在坠入黑洞的过程中温度极高，能量极大，因而能被射电望远镜探测到。有了这些能量的数据，科学家们便能勾勒出黑洞的外部轮廓，这个轮廓被称为黑洞的“视界”。假若人们真的得到了“视界”的成像，那么爱因斯坦的广义相对论就能够得到验证。这曾经被认为是一个遥不可及的梦想，但现在人们相信，如果有了SKA，再加上与其他望远镜，例如正在建设中的射电望远镜阵列ALMA相组合，这个梦想就不难实现。
“小绿人”，你在哪里？
在人们发现射电脉冲星的时候，还有一个小插曲。开始的时候，面对神秘的射电脉冲信号，科学家们首先想到的并不是中子星，而是“小绿人”，这是人们对外星人的昵称。这个猜测之所以被推翻，是因为他们又发现了另外3个也发射这种脉冲信号的射电源，很显然，不会有这么凑巧，4个地方的“小绿人”都在以同样的频段同时给地球发信号。
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但“小绿人”的假说不合理吗？也不是。随着人类对宇宙理解的日益加深，人们越来越觉得，恰恰是那种认为宇宙中除了人类之外不会有其他智慧生命存在的想法才是不合情理的。这一方面是因为人们认识到，宇宙是如此地辽阔，没有理由认为只有太阳系才能孕育像地球这样的生命星球，而其他地方就一定不能；另一方面，人们又发现，生命在宇宙中是很普遍的存在，它们的适应能力很强，能在很多连我们都想象不到的地方生长繁衍。假若在我们的地球上，生命能够从低级进化到高级，进而演化出智能生命，创造出地球文明，那么在其他星球上，同样的事情为什么就一定不能发生呢？
这就是为什么许多科学家坚信存在“外星人”并且坚持不懈地寻找它们的缘故，他们还认为，在辽阔的宇宙中寻找智慧生命，最理想的办法就是利用射电波，因为射电波以光速传播，效率高，速度快，花费不大，切实可行。1960年，著名的“奥兹玛计划”正式启动，它翻开了人类利用射电望远镜搜寻地外文明的崭新篇章，也标志着“探索地外文明”(SETI)活动的开始，那是人类第一次有目的、有组织地实施寻找“外星人”的计划。天文学家们使用位于美国西弗吉尼亚的绿岸射电望远镜搜索来自宇宙空间的射电信号并企图从这些信号中发现有独特生物学特征的信息。他们还用世界上最大的、直径305米的阿雷西博射电望远镜向银河系的武仙座球状星团M13发送了一次专门针对外星人的射电波。那次发射的内容是一连串数字，它们构成了一幅由1和0组成的电码图，其含意包括氢、碳、氮、氧、磷等元素的原子序数，人类的DNA构造，人类的外形和身高，地球在太阳系中的位置等。M13包含几十万颗恒星，距地球2.51万光年，所以这份“电报”大约要在宇宙中“旅行”2.5万年才能抵达目的地。假若“外星人”收到了这份“电报”并且回复，那么又需要2.5万年才能被我们收到。
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我们至今尚无法证明任何来自宇宙的射电信号是由地外智慧生物发射的，难道我们在宇宙中果真是孤独的？还是我们错过了什么？要解开这个谜，人类需要有更强大的射电望远镜，在这方面，SKA有望有所作为。SKA拥有足够的灵敏度，在辨别人为产生的无线电信号方面比此前的望远镜更胜一筹，所以，也许SKA能告诉我们宇宙中是否真有“小绿人”，从而破解一个困扰人类多年的未解之谜。
SKA的“中国元素”
中国的射电天文学在20世纪80年代后开始有了长足的进步，一些中型射电望远镜在射电天文研究和国际合作中起着重要作用，例如上海佘山25米射电望远镜和乌鲁木齐南山25米射电望远镜都是与国际射电望远镜联网的一流设备。2003年，我国科学家开始筹划“宇宙第一缕曙光”探测项目，这个项目的目的是收集宇宙“黑暗时期”氢元素的特殊辐射信号，捕捉宇宙中第一批恒星发出的光。这个项目又被称为21CMA，2005年开始投入观测，它目前是世界上最早开展同类课题研究的唯一大型射电望远镜阵列。
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中国还正在致力于建设一架500米口径的球面射电望远镜，简称FAST，其口径将超越美国的阿雷西博射电望远镜。FAST的500米口径反射面由大约1800个六边形球面单元拼合而成，它像一个巨碗，躺卧在贵州一片喀斯特洼地中。FAST预计2014年建成，建成后，它将作为世界最大的单口径望远镜冲击射电天文学最前沿领域的重大课题。
SKA是一个国际合作项目，其参与国已达20个，而中国一开始就是这个项目的倡导者和参与者，今后，中国科学家还将在这个项目中继续发挥作用。按照计划，SKA第一期300个射电望远镜将于2019年投入使用，预计2024年前后整个项目全部完工，2030年底全面投入使用。
追求真理是人类最可贵的品格，宏伟的“平方千米(射电望远镜)阵列”正是新千年人类求知欲和探索精神的象征。它的最大价值就在于，尽管我们的人生短暂，在世至多不过百年，但我们却能知道130多亿年前发生的事，让我们思考自然的真相、万物的道理、宇宙的本源，让我们了解一切究竟是如何开始的，而这，也正是我们需要SKA的理由。, http://www.100md.com(张唯诚)
探寻宇宙“黑暗时期”
对类星体和脉冲星的发现，是20世纪60年代射电天文学迅速发展起来后取得的巨大成就。它的另外两项重要成就是发现了宇宙大爆炸的微波背景辐射和弥漫于星际空间的星际分子，尤其是星际有机分子，这为解释宇宙生命的起源提供了一个崭新的视角。
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现在，让我们像倒放胶片一样来回顾一下我们观测宇宙的历史吧。开始的时候，我们看到的是现在的宇宙，有璀璨的恒星、星团、星系和星云，还有被它们照亮的行星和卫星。再往前，我们看到了它们的演化：超新星爆发、星系的碰撞和合并，它们在各种波段下向我们展现了令人惊异的壮丽图景。我们还看到在十分遥远的地方像焰火一样照亮宇宙的伽马射线暴，这是宇宙早期恒星相互碰撞或发生爆炸所产生的结果。那些星离我们是如此遥远，乃至于当年产生的闪光在宇宙中穿行了100亿年甚至更长时间后才在今天被我们看到。当然，我们还看到了类星体、发现了脉冲星和黑洞。至此，我们看到的是一个充满了光的宇宙。但再往前，当我们的视线延伸到130亿年之前时，我们的宇宙忽然倒退到了一个“黑暗时期”，那时宇宙没有任何发光天体，唯一的“光源”是正在逐渐降温的宇宙微波背景辐射。
天文学家们推测，在宇宙的“黑暗时期”，由于引力的不稳定性，宇宙中出现了一些“暗晕”，它是暗物质聚集的团。“暗晕”吸收普通物质，启动恒星和星系的形成，在星系的产生和发展中扮演至关重要的角色。正是暗物质的引力引发了宇宙第一代发光天体的诞生，产生了最早的恒星和星系。
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研究宇宙的“黑暗时期”是现代天文学的一个重大课题。这也是人们对SKA寄予厚望的原因，因为SKA的观测灵敏度是目前地球上任何射电望远镜阵列的50倍，分辨率是后者的100倍，扫描太空的速度是现今在这方面表现最佳的望远镜的1万倍。天文学家们相信，SKA将是史无前例的“时间机器”，它能把我们带到宇宙大爆炸后的早期宇宙，让我们研究黑暗时期的宇宙状态，包括暗物质，暗能量等现代物理学和现代天文学的重大问题。
为黑洞“留影”
SKA还将被用来研究黑洞，这也是现代物理学和现代天文学的另一个“热点”。黑洞的概念最早是由爱因斯坦的广义相对论导出的，在随后的数十年间又经过了大量的观测和验证，但人们从来没有直接看到过黑洞，也没有拍摄到黑洞的照片。
现在可以基本肯定的是，一个神秘的超大质量黑洞就隐藏在银河系的中心，它的质量是太阳质量的400万倍，距离地球约26000光年。科学家们发现，接近银河系中心的恒星运行得非常快，这被认为是超大质量黑洞存在的有力证据，因为那些恒星的“反常”行为正是黑洞的引力造成的。
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但黑洞不发光，又如何为它拍照呢？不用担心，功能强大的射电望远镜可以做到。由于黑洞的周围有旋转下降的物质流，它们在坠入黑洞的过程中温度极高，能量极大，因而能被射电望远镜探测到。有了这些能量的数据，科学家们便能勾勒出黑洞的外部轮廓，这个轮廓被称为黑洞的“视界”。假若人们真的得到了“视界”的成像，那么爱因斯坦的广义相对论就能够得到验证。这曾经被认为是一个遥不可及的梦想，但现在人们相信，如果有了SKA，再加上与其他望远镜，例如正在建设中的射电望远镜阵列ALMA相组合，这个梦想就不难实现。
“小绿人”，你在哪里？
在人们发现射电脉冲星的时候，还有一个小插曲。开始的时候，面对神秘的射电脉冲信号，科学家们首先想到的并不是中子星，而是“小绿人”，这是人们对外星人的昵称。这个猜测之所以被推翻，是因为他们又发现了另外3个也发射这种脉冲信号的射电源，很显然，不会有这么凑巧，4个地方的“小绿人”都在以同样的频段同时给地球发信号。
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但“小绿人”的假说不合理吗？也不是。随着人类对宇宙理解的日益加深，人们越来越觉得，恰恰是那种认为宇宙中除了人类之外不会有其他智慧生命存在的想法才是不合情理的。这一方面是因为人们认识到，宇宙是如此地辽阔，没有理由认为只有太阳系才能孕育像地球这样的生命星球，而其他地方就一定不能；另一方面，人们又发现，生命在宇宙中是很普遍的存在，它们的适应能力很强，能在很多连我们都想象不到的地方生长繁衍。假若在我们的地球上，生命能够从低级进化到高级，进而演化出智能生命，创造出地球文明，那么在其他星球上，同样的事情为什么就一定不能发生呢？
这就是为什么许多科学家坚信存在“外星人”并且坚持不懈地寻找它们的缘故，他们还认为，在辽阔的宇宙中寻找智慧生命，最理想的办法就是利用射电波，因为射电波以光速传播，效率高，速度快，花费不大，切实可行。1960年，著名的“奥兹玛计划”正式启动，它翻开了人类利用射电望远镜搜寻地外文明的崭新篇章，也标志着“探索地外文明”(SETI)活动的开始，那是人类第一次有目的、有组织地实施寻找“外星人”的计划。天文学家们使用位于美国西弗吉尼亚的绿岸射电望远镜搜索来自宇宙空间的射电信号并企图从这些信号中发现有独特生物学特征的信息。他们还用世界上最大的、直径305米的阿雷西博射电望远镜向银河系的武仙座球状星团M13发送了一次专门针对外星人的射电波。那次发射的内容是一连串数字，它们构成了一幅由1和0组成的电码图，其含意包括氢、碳、氮、氧、磷等元素的原子序数，人类的DNA构造，人类的外形和身高，地球在太阳系中的位置等。M13包含几十万颗恒星，距地球2.51万光年，所以这份“电报”大约要在宇宙中“旅行”2.5万年才能抵达目的地。假若“外星人”收到了这份“电报”并且回复，那么又需要2.5万年才能被我们收到。
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我们至今尚无法证明任何来自宇宙的射电信号是由地外智慧生物发射的，难道我们在宇宙中果真是孤独的？还是我们错过了什么？要解开这个谜，人类需要有更强大的射电望远镜，在这方面，SKA有望有所作为。SKA拥有足够的灵敏度，在辨别人为产生的无线电信号方面比此前的望远镜更胜一筹，所以，也许SKA能告诉我们宇宙中是否真有“小绿人”，从而破解一个困扰人类多年的未解之谜。
SKA的“中国元素”
中国的射电天文学在20世纪80年代后开始有了长足的进步，一些中型射电望远镜在射电天文研究和国际合作中起着重要作用，例如上海佘山25米射电望远镜和乌鲁木齐南山25米射电望远镜都是与国际射电望远镜联网的一流设备。2003年，我国科学家开始筹划“宇宙第一缕曙光”探测项目，这个项目的目的是收集宇宙“黑暗时期”氢元素的特殊辐射信号，捕捉宇宙中第一批恒星发出的光。这个项目又被称为21CMA，2005年开始投入观测，它目前是世界上最早开展同类课题研究的唯一大型射电望远镜阵列。
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中国还正在致力于建设一架500米口径的球面射电望远镜，简称FAST，其口径将超越美国的阿雷西博射电望远镜。FAST的500米口径反射面由大约1800个六边形球面单元拼合而成，它像一个巨碗，躺卧在贵州一片喀斯特洼地中。FAST预计2014年建成，建成后，它将作为世界最大的单口径望远镜冲击射电天文学最前沿领域的重大课题。
SKA是一个国际合作项目，其参与国已达20个，而中国一开始就是这个项目的倡导者和参与者，今后，中国科学家还将在这个项目中继续发挥作用。按照计划，SKA第一期300个射电望远镜将于2019年投入使用，预计2024年前后整个项目全部完工，2030年底全面投入使用。
追求真理是人类最可贵的品格，宏伟的“平方千米(射电望远镜)阵列”正是新千年人类求知欲和探索精神的象征。它的最大价值就在于，尽管我们的人生短暂，在世至多不过百年，但我们却能知道130多亿年前发生的事，让我们思考自然的真相、万物的道理、宇宙的本源，让我们了解一切究竟是如何开始的，而这，也正是我们需要SKA的理由。, http://www.100md.com(张唯诚)