“中國天眼”FAST 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 883 顆脈沖星,，并且計(jì)劃年內(nèi)將這個數(shù)字刷新到 1000 顆。

那么,，脈沖星究竟是什么,？為什么要大費(fèi)周章地找,，找到以后又有什么用呢？今天咱們就來仔細(xì)聊聊,，順便再跟大家分享點(diǎn)關(guān)于 FAST 的小八卦,。

脈沖星是指瘋狂閃爍的星嗎？

先說說“脈沖星”,。從地球看來,，脈沖星是周期性地閃爍電磁脈沖的天體，脈沖間隔極短,，從幾毫秒到上百秒不等,。不過，脈沖星并不是真的在閃爍,，所謂脈沖,，只是脈沖星以發(fā)瘋般的速度旋轉(zhuǎn)造成的假象。那脈沖星是怎么來的呢,？其實(shí)是恒星“內(nèi)心拉扯”的結(jié)果,。

我們?nèi)庋勰芸吹降摹罢！焙阈?，?nèi)部都有兩股力量在相互抗衡：引力驅(qū)使恒星物質(zhì)向核心墜落,，而核聚變釋放的能量則把物質(zhì)向外推。

核聚變的燃料總有用完的一天,，所以引力總能最終贏得這場角力,。當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星（例如，超過 8 倍太陽質(zhì)量）最終耗盡所有燃料時,，它就會向中心坍縮，發(fā)生猛烈的內(nèi)爆,，再向外彌散,，迸發(fā)出一朵絢爛的“煙花”。這個過程叫做“超新星爆發(fā)”。

北宋至和元年（1054 年）,，金牛座的“天關(guān)”星宿附近爆發(fā)過一顆超新星,，白天可見 23 天，夜晚可見 22 個月,。這起超新星爆發(fā)被中國的天文學(xué)家記錄下來,，史稱“天關(guān)客星”。

塵煙散去,，在恒星原來的位置,，可能會留下一顆非常致密的天體——中子星。在其內(nèi)部,，原子結(jié)構(gòu)不復(fù)存在,，電子被壓入原子核，與質(zhì)子結(jié)合為中子,。中子星的質(zhì)量超過 1.4 個太陽,，直徑卻只有十幾公里。換句話說,，每立方厘米的中子星物質(zhì),，相當(dāng)于全球人類的質(zhì)量總和！

中子星還繼承了恒星殘余質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)角動量,。在同樣的角動量下,，轉(zhuǎn)速與半徑的平方成反比。我們每每看到,，冰舞運(yùn)動員在旋轉(zhuǎn)時把雙臂收攏或舉到頭頂,，就會猛然滴溜溜地轉(zhuǎn)得飛快。同理,，當(dāng)恒星坍縮為中子星后,，轉(zhuǎn)速會成億倍地飆升。

中子星具有強(qiáng)磁場,，驅(qū)動其周圍的帶電粒子,，發(fā)出強(qiáng)烈的射電輻射束，從它的兩個磁極噴涌而出,。如果隨中子星自轉(zhuǎn)的輻射束正好掃過地球,，我們就能測到周期性的射電脈沖，就好比某些迪廳的特效燈總是在轉(zhuǎn)圈圈,，雖然燈光一直開著,，但從一個方向看過去就時亮?xí)r暗。嗯,，這么一比喻,，那脈沖星可以說屬于是恒星的遺體在自己墳頭蹦迪了……

前面提過的天關(guān)客星,，就留下了一顆周期 33 毫秒（每秒自轉(zhuǎn) 30 圈）的脈沖星，拋散出的漸冷煙花則是著名的蟹狀星云,。

在全球發(fā)現(xiàn)的 3000 多顆脈沖星中,，絕大多數(shù)是中子星，但也有 2 顆是白矮星（還保有原子結(jié)構(gòu)的低質(zhì)量恒星遺?。禾煨?AR 和寶瓶座 AE,。

FAST 可不是“快”的意思

大部分脈沖星在可見光波段沒有顯著輻射，而在射電波段看起來比較亮,。幸運(yùn)的是,，在地球這邊，大氣層對射電波段相當(dāng)優(yōu)待,，透明度極高,，所以射電望遠(yuǎn)鏡特別適合在地面上觀測脈沖星。

FAST 的名字來自“500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡”（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）的英文縮寫,。這座巨型單碟射電望遠(yuǎn)鏡坐落在貴州省平塘縣大窩凼（dàng）,，依照喀斯特地貌的天然洼地而建，2011 年開工,，2016 年落成,，是目前世界第一大的全口徑均有反射面的射電望遠(yuǎn)鏡（俄羅斯的 RATAN-600 口徑雖有 576 米，卻只有細(xì)細(xì)一圈反射環(huán)）,。

——順便說說,，大家可能覺得 FAST 這個縮寫聽起來很酷，而全稱卻顯得太直白了,。沒辦法,，“縮寫不明覺厲，全稱真沒創(chuàng)意”這是天文界的傳統(tǒng),，比如 TMT 是“30 米望遠(yuǎn)鏡”,，VLT 是“甚大望遠(yuǎn)鏡”，ELT 是“特大望遠(yuǎn)鏡”,，EELT 是“歐洲特大望遠(yuǎn)鏡”,。韋布空間望遠(yuǎn)鏡聽起來是不是還算正常？可它最初的名字其實(shí)是“下一代空間望遠(yuǎn)鏡”（相對于哈勃而言）……

為什么射電望遠(yuǎn)鏡都這么大,？這是因?yàn)樵谙嗤姆直媛市枨笙?，要觀測的波長越長，“鍋”的口徑就得越大,，不然就看不清了,。在紅外波段工作的韋布望遠(yuǎn)鏡比主攻可見光的哈勃望遠(yuǎn)鏡口徑要大（6.5 米 vs 2.4 米），而射電望遠(yuǎn)鏡要觀測的波段,，比這倆還要高 5,、6 個數(shù)量級,，那是真非往大了整不可了,，口徑就是正義用在這里是一點(diǎn)都沒錯,。

細(xì)心的讀者可能還有兩個疑問：

①球面實(shí)際上無法將遙遠(yuǎn)星光匯聚到單一焦點(diǎn)，得用拋物面才行,，F(xiàn)AST 為何要做成球面望遠(yuǎn)鏡,？

②一口大鍋這么擺在地上，豈不是只盯著天頂一點(diǎn),，就算隨著地球自轉(zhuǎn),，也只能掃描天頂所在的這個圓？

實(shí)際上,，這是一個常見的誤解,，也是科普的時候使用簡略類比帶來的負(fù)面影響。因?yàn)樾螤畹年P(guān)系,，我們很喜歡把各類射電望遠(yuǎn)鏡稱為“鍋”,。但是這樣一來，我們的思維也會被誤導(dǎo),，容易覺得 FAST 也像咱們家炒菜的大鐵鍋一樣,，硬邦邦一整個，形狀不會改變,，但實(shí)際上,，F(xiàn)AST 的身段靈活得很。

FAST 由 4450 片反射板拼成,，通過電機(jī)驅(qū)動,，這些反射板能夠改變姿態(tài)，當(dāng)一片區(qū)域的反射板在統(tǒng)一指揮下規(guī)律地調(diào)整,，就能在“鍋”里泛起一片“漣漪”,，改變鏡面的形狀。

經(jīng)“FAST 之父”南仁東和團(tuán)隊(duì)的計(jì)算,，只需和球面偏離 0.47 米,，就可以把口徑 300 米的球面改成拋物面，把射電信號聚焦在一點(diǎn),。所以,，在任意時刻，F(xiàn)AST 只有一片口徑 300 米的圓形工作區(qū)域,。通過反射板的齊心協(xié)力地調(diào)整,，這個工作區(qū)能在“鍋”里自如“漂移”，所以可觀測天區(qū)的范圍相當(dāng)廣,。

倘若保持完整的 300 米口徑,，能從北緯 52.2°（工作區(qū)緊貼鍋南沿）觀測到南緯 0.6°（工作區(qū)緊貼鍋北沿）,。如果愿意犧牲一點(diǎn)有效口徑，則可以覆蓋北緯 65.8° 到南緯 14.2° 的天空,。

觀測脈沖星有什么實(shí)際應(yīng)用,？

FAST 發(fā)現(xiàn)這么多脈沖星，那么觀測脈沖星有什么實(shí)際應(yīng)用,？它的用處還真不少,。

當(dāng)脈沖星發(fā)來的信號穿越星際時，會被沿途的電離氣體阻礙,，造成延遲,。路程越長，電離氣體越多,，遲到越厲害,。如果知道了脈沖星離我們有多遠(yuǎn)，再通過精密測量延遲的程度,，就能反推信號沿途的星際介質(zhì)分布情況,。

影響脈沖星信號的還有磁場，當(dāng)電磁信號經(jīng)過磁場時,，它的偏振屬性會被改變,，磁場越強(qiáng)，改變幅度越大,。測量信號的偏振,，能夠反推信號沿途的磁場分布情況。

當(dāng)超大質(zhì)量天體擾動時空時,，會產(chǎn)生引力波,，改變脈沖星信號到達(dá)我們的時間。所以通過精確測量脈沖星周期的起伏,，可以探測引力波,。倘若能發(fā)現(xiàn)脈沖星-黑洞雙星系統(tǒng)，觀測一個穩(wěn)定輸出的天體和一個扭曲時空的天體如何攪拌乾坤,，就更能檢驗(yàn)廣義相對論的預(yù)言,，大大推動基礎(chǔ)物理研究。

脈沖星的自轉(zhuǎn)周期非常穩(wěn)定,，有些在長期表現(xiàn)上堪與原子鐘媲美,，并且它們“永不斷電”，可比原子鐘皮實(shí)多了,。將脈沖星和原子鐘結(jié)合起來,，可以建立長時間穩(wěn)定的精準(zhǔn)時間系統(tǒng)，甚至用于星際導(dǎo)航,。

最后總結(jié)一下,，F(xiàn)AST和它發(fā)現(xiàn)的脈沖星們,，會幫助我們更好地認(rèn)識宇宙，而這些發(fā)現(xiàn),，說不定有朝一日還能夠幫助人類在星海中航行,。