为寻找地外生命做功课“中国天眼”提视力

位于贵州的“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）

“中国天眼”要迈出探索地外生命的步伐了。

科学家认为，宜居的星球除了应当有水、适宜的温度和大气外，还有一个必要条件——磁场。

作为世界上最大的单口径射电望远镜， 500米口径球面射电望远镜（FAST）将锁定太阳系外的太空，在距离地球约100光年的范围内寻找与地球一样拥有磁场的行星，助力寻找地外生命。近期，中法等国天文学家在《天文学及天体物理》杂志上发表了这一观测计划。

从零到一：寻找首颗系外“磁行星”

磁场对于生命来说至关重要。

“地球磁场牢牢抓住地球表面的大气，避免其被太阳风吹走，隔绝了绝大多数强烈的宇宙射线，可保护生命不受射线的伤害。”中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家李菂在接受记者采访时表示。

那么，地球磁场是如何形成的？

“地球内部的高温导致物质融化，大量电离物质特别是液态的铁金属，随着地球自转长期处于运动之中，使地球形成了一个强度较稳定、具有南北磁极的磁场。”李菂告诉记者，目前关于地球磁场的细节问题也是学界研究的热点之一，如经常出现磁场反转、磁极加速移动等。

在太阳系的八大行星中，除了地球，还有5颗拥有行星尺度的磁场，分别是水星、木星、土星、天王星和海王星，这些行星磁场的形成机制与地球大致相同。而对于太阳系外的空间，目前学界尚未真正探测到过拥有磁场的行星，但天文学家们已经发现了一些拥有磁场的褐矮星。褐矮星又被称为“失败的太阳”，因为它们相较于行星来讲太大了，最轻的褐矮星质量也有十几倍的木星大小；而相对于在核内发生氢聚变的恒星来说又很小。2018年，研究人员发现了一颗质量介于行星和褐矮星之间的天体（SIMP），磁场比木星还要强200倍左右。

“这让我们有理由相信，太阳系外也会存在很多有磁场的行星，FAST将要做的，就是突破这个零。”李菂说。

提升视力：建扩展阵助分辨率百倍

近20年来，一部分天文学家开始锁定射电信号，以期观测行星的磁场。

“FAST最大的优势在于接收射电信号的总面积很大，灵敏度高。”在李菂看来，FAST单位接收面积的性价比也很高。虽然世界上存在综合性能更强的射电望远镜，如某些阵列式望远镜，又如8台望远镜构成、观测首张黑洞照片的“事件视界望远镜”等，这些望远镜虽然分辨率更高，也能做很多FAST目前无法完成的观测内容，但由于每个阵列单元都要有独立的接收设备和传送、处理信号装置，因此成本将会指数级增长。FAST造价只有12亿人民币，而由66个望远镜单元组成的ALMA射电望远镜的造价为10亿英镑，折合成人民币约92亿元。

“FAST已经将灵敏度发挥到了极致，但由于口径的限制，观测系外行星时的分辨率还达不到理想要求。我们希望能够建设FAST扩展阵，将空间分辨率提升10—100倍。”李菂透露，目前计划采用5米口径的天线和简易接收单元，在现有的“球面”周围铺设成密集网，将原本300米有效基线扩大至几十公里。为了节省成本，扩展阵的每个单元不设置数字信号处理装置，而是利用光纤将接收到的射电信号直接传输到在FAST的总处理器上。如此一来，“天眼”对于弱点源的响应性能将会大幅提升，“视力”进一步提高。

两个计划：“天眼”巡天力争重大突破

FAST一旦接收到第一颗系外行星的射电信号，将意味着打开系外宜居行星探索的新窗口。

以目前观测到的数据，银河系之内、太阳系之外存在生命的条件是普遍存在的。“如果近期完全找不到地外生命的影子，反而是不可思议的。”李菂告诉记者，地球上各种极端条件下皆存在着生命，人们在地外也探测到构成生命的C、H、O等必要元素和大量复杂分子。银河系诞生了100多亿年。恒星、行星、磁场、水以及足够的时间，这些生命演化的必要因素齐备，为何不会存在地外生命？

很快，FAST将会迈出这一步，扩展阵也将在3—4年内建成，助力搜索系外行星的射电信号。

除此之外，FAST将在2019年9月结束长达3年的测试期，正式投入使用。超过10个国家和地区的天文学家的科学团队正在从事FAST相关研究。李菂透露，以中国科学院国家天文台为首的科研团队已经制定了两个系统化的巡天计划：FAST多科学目标同时巡天计划（CRAFTS）和银道面及仙女座星系巡天计划（GAS）。目前这两个计划已经确立了相关模式，进行了大量的技术测试，预期今年年底前正式展开，将成为FAST系统科学产出的主要依据，预期发现上千颗脉冲星、几十万个新的气体星系、超过100亿个像素点的新一代原子氢气天图。

“FAST多个观测项目，特别是两个系统巡天计划，将力争在脉冲星黑洞系统、引力波源、基本物理常数、星系演化、生命的太空起源等方向催生重大突破。”李菂说。

文图据新华社客户端、科技日报

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