探秘“宇宙灯塔”

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主笔:于梅君

　　2025年10月,贵州深山里传来一则让全球科学家沸腾的消息:被誉为“中国天眼”的FAST望远镜,已发现1152颗脉冲星,超过同期其他国家望远镜发现的总和。这些来自宇宙深处的“神秘信号”,究竟藏着什么秘密?它们又将如何成为人类未来星际旅行的“导航仪”?

宇宙中的“旋转陀螺”,比原子钟还准!

　　脉冲星的发现实属偶然。1967年,英国剑桥大学24岁研究生乔丝琳·贝尔在调试射电望远镜时,意外捕捉到一段周期稳定的“滴答”声。这个每1.33秒出现一次、来自宇宙的规律性脉冲信号,最初被误以为是外星文明信号,曾被戏称为“小绿人”的来电,最终被证实是人类发现的首颗脉冲星。

　　如今,这个“宇宙来客”的数量,已在中国贵州的深山里被彻底改写——截至2025年10月,被誉为“中国天眼”的FAST望远镜已发现1152颗脉冲星,超过全球同期发现总和,中国从脉冲星研究的“追赶者”跃升为“领跑者”。

　　脉冲星到底是什么?它实际上是快速旋转的中子星,由大质量恒星死亡后的残骸坍缩而成,直径仅约20公里,却能装下1.44倍—3.2倍太阳质量的物质。这种极端压缩,让脉冲星的密度达到每立方厘米1亿吨以上,相当于把一座大山压成一颗糖的大小。

　　这种极端环境下,脉冲星表面温度可达1000万摄氏度,中心温度更高出数百倍,同时释放出比太阳强百万倍的辐射能量。

　　更神奇的是它们的“心跳”:某些脉冲星每秒能旋转700圈,发出如同灯塔光束般的电磁脉冲。由于磁轴与自转轴存在夹角,当光束扫过地球时,射电望远镜便会接收到规律的“滴答”声。

　　科学家发现,部分毫秒脉冲星的自转稳定度堪称宇宙极致——每万亿年才慢1秒,比地球上的原子钟精准100倍。有科学家调侃:“若站在脉冲星上,由于相对论效应,你的一天可能连1秒都不到。”

　　脉冲星作为最致密的天体之一,具有极高的密度、极强的磁场和引力,被称为物理学和天文学的“超级明星”。而毫秒脉冲星,则被称为“宇宙最精准的时钟”,对于构建高精度脉冲星计时阵至关重要。

中国天眼:捕捉宇宙最微弱的“心跳”

　　FAST全称500米口径球面射电望远镜,坐落在贵州省平塘县,形似一口大锅,是全世界最大单口径射电望远镜,有“中国天眼”之称。近年来,FAST进入成果爆发期。

　　FAST为什么这么牛?因为它的“大锅盖”,相当于30个足球场那么大!这个“宇宙听诊器”,能捕捉到比头发丝还细100万倍的电磁波信号。

　　更牛的是,FAST能发现“隐藏款”脉冲星。2025年5月,FAST团队在《科学》杂志发表突破性成果:中国科学家2020年发现了一颗编号为PSRJ1928+1815的毫秒脉冲星,它与伴星以3.6小时的极短周期相互绕转,每圈有六分之一时间被伴星遮挡,形成类似日食的“掩食”现象。

　　这一发现颠覆了传统认知——此前科学家认为双星系统轨道周期应以天或年为单位。这一发现让科学界兴奋不已,因为它揭开了双星系统演化的终极秘密,为研究双星演化提供了关键样本。

　　据估计,银河系中大约有10亿颗中子星,其中大约20万颗是脉冲星。FAST的发现效率着实惊人:从2017年发现首批脉冲星到2024年突破1000颗,仅用7年时间；而1967年至2017年,全球仅发现不到3000颗脉冲星。

　　如今,FAST发现的脉冲星已占全球总量的近四分之一,其中包含大量毫秒脉冲星和脉冲星双星,极大丰富了人类对恒星末期的认知图谱。

脉冲星:未来星际航行的“导航仪”

　　脉冲星的价值远不止于天文观测。“中国天眼”FAST总工艺师王启明指出:“脉冲星会不断地发出脉冲信号,这种信号非常稳定,可与原子钟相媲美,因此可充当天然导航灯塔。找到以后,就可以应用于深空探测、星际旅行,起到导航作用”。

　　他进一步解释:“如果你要走到火星,或者走出太阳系,甚至走出银河系,根本无法用地球上的GPS去导航,但如果能知道宇宙中很多脉冲星的位置,就可以通过它们来定位、导航”。

　　脉冲星导航的概念最早于1974年提出,其原理类似于全球定位系统(GPS),只不过使用的是宇宙中的天然脉冲星而非人造卫星。

　　脉冲星导航原理很简单:宇宙飞船同时接收3颗以上脉冲星信号,通过计算信号到达的时间差,就能像用三角板量尺寸一样,精准定位自己在银河系的位置,误差不超过1公里!这种“脉冲星导航”比GPS更靠谱,因为脉冲星信号能穿透星际尘埃,即使飞出太阳系也能用。

　　近年来,多个国家致力于开发高精度的全自动太空导航设备,使航天器能在长时间不与地球通信的情况下保持准确定位,并取得了一定进展。

　　2004年,欧空局发布了“基于脉冲星时间信息的航天器导航可行性研究”技术报告。

　　2016年,我国利用天宫二号空间实验室搭载的探测器,完成了脉冲星导航的首次试验。

　　2018年,美国NASA研究团队宣布,成功演示验证了太空X射线脉冲星导航技术,利用搭载在国际空间站的中子星观测设备,对新型导航系统进行了初步测试,实现精度5公里内的定位……

　　早在1977年,“旅行者1号”探测器便携带了14颗已知脉冲星的相对位置信息遨游太空,作为人类文明的“宇宙名片”。

　　而FAST的发现,正为未来星际航行构建更精密的“宇宙地图”。

　　中国科学家已经提出“XNAV”(基于脉冲星的自主导航)概念,未来或应用于火星探测、载人深空任务等场景。

未来已来:从脉冲星到星辰大海

　　脉冲星的极端物理条件,也让它成为研究宇宙的“天然实验室”。

　　验证相对论:脉冲星的强引力场,能让光线弯曲,科学家通过观测双星脉冲星,已精确验证爱因斯坦的引力波预言。

　　探测空间环境:脉冲星信号穿越星际时,会被电离气体阻碍,通过测量延迟时间,可反推银河系的物质分布。

　　寻找外星生命:天文学家在脉冲星PSR　B1257+12周围发现了3颗系外行星,其中一颗可能存在液态水,暗示脉冲星系统也可能孕育生命。

　　随着FAST巡天速度提升300%,几乎每天都有新的脉冲星加入星际导航地图。

　　“现在,研究团队正在构想一种新的‘望远镜’,被我们称为‘宇宙触角’,目前还在设计初期,未来希望能够做到一秒钟拍1000张照片,这样天上只要有任何风吹草动,我们就能看见。”FAST首席科学家李菂表示。

　　中国天眼1152颗脉冲星的发现,不仅是科学的突破,更是人类向星辰大海迈出的浪漫一步。当未来的星际飞船依靠这些“宇宙灯塔”航行时,它们将见证中国智慧如何点亮银河。