用“天眼”探秘宇宙 人类能找到外星文明吗

钱磊

世界最大射电望远镜FAST于2016年投入使用，虽然我国的天文技术发展起步较晚，但进步很快， 它能让科学家有哪些新发现呢？

FAST，也叫作天眼，全称是500米口径球面射电望远镜。所谓射电，就是来自宇宙的无线电。如果无法理解什么是射电望远镜，就把射电望远镜理解为大号的电视天线就可以。只不过射电望远镜有可能接收到“外星文明”的电视信号。

它坐落于我国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村，全称是500米口径球面射电望远镜。

为什么要把FAST建在一个偏远的地方呢？有几个原因，首先，偏远的地方人类活动少，对望远镜观测的干扰少。在望远镜选址的时候，FAST周围的电磁干扰确实少。不过考虑到FAST周边城镇的高速发展，现在FAST的电磁环境保护也面临比较大的压力。其次，把FAST建在这个地方的另一个原因就是这里的喀斯特地形。如果到过贵州省的这一片地区，就会发现这里有很多洼地，而且很多都接近一个球冠，如果把一个球面望远镜放到这些洼地里，形状差不多刚刚好，不用挖太多的土石方，这对一个工程来说非常重要。第三，如果大家到过这个地区就会发现，虽然这里雨水很多，但是地面上几乎没有河和湖，水都在地下河里，基本上下多大的雨，洼地里也不会积水，这对于望远镜的安全运行非常重要。

把一个500米口径的球面反射面放到一个喀斯特洼地里是不是就可以了？不是，如果要实现聚焦，我们必须想一些办法。美国的Arecibo望远镜也坐落在喀斯特洼地里，也是球面，实现了聚焦，但是通过复杂的光路实现的。这带来的问题是支撑馈源舱的平台很大、很重。放大到FAST这样的尺度，这个平台的重量会达到一万吨，这是不太现实的。所以FAST的聚焦需要抛物面。为了实现这一点，FAST的反射面必须主动变形。

一台望远镜能观测什么取决于和观测有关的一些因素。其中包括但不限于灵敏度、空间分辨率、时间分辨率、频率分辨率、带宽、积分时间、地理位置、天顶角、人力及思想。抛开积分时间、带宽等因素，评价一台望远镜的本征灵敏度可以用有效接收面积除以系统温度。所以要想本征灵敏度高，有效接收面积要大，系统温度要低。

其实，科学家们一度对FAST的这个指标没有信心，觉得大概达到1600平方米每开尔文都很困难。但现在看来2000平方米每开尔文是可以达到的。有效接收面积当然不能增大，主要是系统温度降低了，近年来，世界上的接收机技术进步了。FAST在1.4 GHz的波束宽度是2.9角分，满月的宽度是30角分，人眼的分辨率大约是0.3角分。所以从看清楚的角度来说，FAST不如人眼，不过已经很不错了，很多射电望远镜看月亮都只是一个点。望远镜能观测什么，自身因素固然重要，但如果人不能把望远镜用好，那望远镜能做的事也很有限。

为了回答FAST能看点啥？我们先来看看历史上，射电望远镜都看了点啥。总结起来即为，脉冲星、中性氢、分子谱线。这也正是FAST三个重要的科学目标。

虽然根据历史经验，重要的发现通常是未知的未知，但是我们能做的还是从已知的未知开始。我们知道FAST能观测的科学目标有银河系内的中性氢、银河系外其他星系中的中性氢、脉冲星、分子谱线、快速射电暴、外星文明以及未知的未知。

现在已经有对银河系及附近中性氢分布的成图。

FAST可以对部分天区进行更细致的观测，帮助我们看得更清楚，看到更多结构。河外星系中的中性氢可以示踪一些可见光看不见的结构，比如潮汐作用造成的“尾巴”。中性氢还可以看到可见光看不到的星系间的相互作用。

银河系和河外星系里还有一些别的谱线，比如河外星系中的脉泽，也就是微波波段的激光。激光的特点是什么？在这里，最有用的特点就是亮和单色性好。亮，使得我们可以测量距离很远的源。单色性好，使得我们可以精确测量星系的红移。

脉冲星是一种发出周期性脉冲的天体，这种周期性是由于转动造成的，类似于灯塔。大部分脉冲星发出射电脉冲，可以用FAST观测。脉冲星是一部分中子星，很多中子星不发出脉冲，或者辐射束不扫过地球，不产生脉冲。脉冲星个头不大，半径10千米，大概是一座城市的大小，不过脉冲星质量不小，质量和太阳相当。

中子星是大质量恒星塌缩形成的，就是把恒星物质压缩到一个小体积中。微观上看，就是把原子核和原子核挤到一起，把原子里的空间都填满。现在FAST已經发现了50多颗脉冲星了。或许未来我们能确定快速射电暴的来源，也或许能发现脉冲星和黑洞组成的双星系统，这些都算是已知的未知。

而那些未知的未知可能用时域——频域联合分析才能发现。信号就是沙子里面的金子，自然的信号通常是简单优雅的，各种调制信号通常是人为造成的。不知道外星文明是不是也像我们一样对信号进行各种调制，大概率是的。所以外星文明搜寻将面对人工调制+星际介质调制的信号，这是未来要解决的问题。

来源|科学网博客