從黑洞看中國天文事業的飛速發展

4月10日,一場引人矚目的新聞發布會在包括中國上海在內的全球六地同時舉行。在發布會上,人們見證了首張黑洞照片的誕生

在這次重大的科學探索——事件視界望遠鏡(簡稱EHT)項目中,中國同樣扮演著重要的角色,此次項目的每一次科学觀測,中國都參與其中。對此,《紫荊》雜誌特別採訪了中國科學院上海天文台台長沈志強,他分享了此次參與觀測項目的台前幕後,以及個人心得。從中,我們可以看到中國天文事業的飛速發展。

從黑洞看中國天文事業的飛速發展

4月10日召開的EHT首張黑洞圖像全球新聞發布會中國上海會場,沈志強介紹相關情況

EHT已有近20年歷史

沈志強親歷項目發展一步一腳印

沈志強透露,EHT至今大約有將近20年的歷史。早在2000年時,就有科学家從提出要組建EHT,但當時的觀測设备和技術手段尚未成熟。而沈志強進入這個領域也正好是20多年前。

到了2009年前後,世界各國研究人員形成共識,打算發起EHT項目。這段期間,中國積極參與推動此項目的國際合作。此外,中國團隊包括沈志強在內,持續展開關注黑洞的觀測工作。在黑洞物理的理論和模拟研究方面,中方研究人員取得了不俗成果,並且這些觀測和理論相關工作都具有很好的國際顯示度。

在項目早期的籌備階段,沈志強及相關團隊利用位於美國的VLBA陣觀測銀河系中心黑洞,將觀測波長縮短到了3.5毫米,並發現了“銀河系中心人馬座A*是超大質量黑洞的最新證據”。此次成果入選了“2005年度中國基礎研究十大新聞”。

然而,項目的經費申請並不順利。每一次的科學觀測申請,都需要提前一年來籌劃,中國也是其中的一分子。在2017年經費完全到位後,EHT國際合作團隊終於正式組建。而今年4月10日发布的黑洞圖像,實際上是2017年各團隊通力合作得到的觀測結果。

從黑洞看中國天文事業的飛速發展

北京時間4月10日晚9時許,包括中國在內,全球多地天文學家同步公布了黑洞“真容”。該黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍(圖:EHT官方網站)

中國積極參與EHT項目全過程

上海天文台發揮組織協調作用

沈志強透露,中方主要在以下方面對此次項目做出貢獻:

1、在這次重大的科學探索中,中國科學院上海天文台是中國大陸的主要參與者和協調者,並承辦了EHT在中國大陸的新聞發布會。

2、EHT共有13個合作機構,由中國科學院國家天文台、紫金山天文台和上海天文台共同建立的中國科學院天文大科學中心是EHT合作機構成員之一。上海天文台更負責牽頭組織協調國內學者,通過該合作機構參與EHT觀測國際合作。

3、在參與廣度上,儘管中國對於EHT項目的經費投入並不是很大,但此次項目的每一次科学觀測申請、觀測活動、觀測後的數據處理和理論分析工作,中國都參與其中。

4、在參與深度上,中國參與共同運行了EHT中一個位於夏威夷的望遠鏡,並在2017年和2018年派遣中方人員到現場參與觀測。

談到中國團隊參與此次項目的感受,沈志強表示,內心感到十分振奮。他認為,此次成果說明,只要人類聯合起來,就一定能夠把事情做到最好。

此外,他還透露,M87中心黑洞的觀測只是一個開始,今後會逐漸對更多的目標開展觀測。

從黑洞看中國天文事業的飛速發展

超大黑洞示意圖。質量達數百萬到數十億個太陽的超大質量黑洞,四周的吸積盤由被其引力吸引而來的宇宙灰塵和氣體構成(圖:JPL-Caltech/NASA官方網站)

國家綜合實力提升

天文事業發展飛速

隨著國家整體經濟實力和科技水平的發展,中國的天文事業在飛速發展,中國在國際天文界重大發現中的參與度也正日益提升。

2001年4月中國科學院國家天文台成立,由中國科學院天文領域原四台三站一中心撤併整合而成。

2004年,中國繞月探測工程立項。

2007年11月26日,中國國家航天局正式公布嫦娥一號衛星傳回的第一幅月面圖像。

2008年間,由國家天文台主持的國家重大基礎設施大科學工程郭守敬望遠鏡(LAMOST)項目落成並順利通過工藝鑑定驗收,進入試觀測,被評為2008年度“十大天文科技進展”;另一項國家重大基礎設施大科學工程FAST項目正式開工,開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。

2013年2月,中國科學院南美天文研究中心成立。

2015年9月,中國科學院天文大科學研究中心成立。

2017年6月15日,被命名為“慧眼”的衛星HXMT,成功發射並入軌。它能夠對黑洞、中子星等高能天體及伽馬暴等高能天體事件進行觀測,讓中國天文學家又多了一個能用自有的先進天文觀測儀器取得世界一流科學成果的寶貴機會。

2017年8月,激光干涉儀重力波觀測站(簡稱LIGO)及處女座重力波團隊(簡稱Virgo)聯合觀測到第一次雙中子星並合引力波事件。中國的南極巡天望遠鏡(AST3)、慧眼X射線衛星參與了該事件中電磁對應體的後續跟踪觀測,貢獻了來自中國的寶貴數據。

2018年10月,中國科學院國家天文台為首的科研團隊依托國家重大科技基礎設施LAMOST發現一顆奇特天體,它的鋰元素含量約為同類天體的3000倍,是目前人類已知鋰元素含量最高的恆星。國際學術期刊《自然·天文》7日在線發布了這一科研發現。這一發現改變了人類對天體中鋰元素的認知,將國際上鋰含量觀測極限提高一倍。同時,這項研究在理論上對鋰元素合成和現有恆星演化理論提出了獨樹一幟的新觀點。

2019年1月3日,嫦娥四號探測器成功抵達月背,月球車“月兔二號”與著陸器分離。著陸器在1月11日拍攝完成人類史上首張月背全景圖。


編輯:史帥

校對:莫潔瑩

*本文節選於《紫荊》雜誌2019年5月號,《人類對宇宙探索不止——訪中國科學院上海天文台台長沈志強》,本刊記者馮琳文章。