第782期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《2022·新突破（一）追踪瞬间的光芒》
讲座题目：透视新科技——2022·新突破（一）追踪瞬间的光芒
主 持 人：屠 化
做客嘉宾：苟利军，中国科学院国家天文台研究员。
牛晨辉，中国科学院国家天文台博士。
讲座时间：2026年6月29日～7月5日
（备注：讲座视频可循环播放）
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。从2019年起，我国的科研人员通过“天眼”在太空当中捕捉到百余次的射电波的信号，那这个信号到底是什么呢？是外星生命传递来的某种信息吗？2019年5月，“中国天眼”FAST探测到一种神秘的电波，它显示在短短10秒之间，宇宙深处爆发出巨大的光芒，转瞬又沉寂在黑暗中。20秒后，这种强烈的光芒再次出现，不断重复探测到的诡异信号是地球上从未出现过的电波，更像是遥远星系发来的信息，消息传出后引发了各种猜测，这是否与外星文明有关呢？经过三年的努力，中科院国家天文台的科研人员于2022年公布了这种名叫快速射电暴的奇异电波来自何方？首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国科学院国家天文台研究员苟立军。另外一位是中国科学院国家天文台的博士牛晨辉。我们捕捉到的射电波把它形容成瞬间闪耀的光芒，那这到底是什么东西？
我们只知道我们每天的话会看到太阳，会看到太阳所发出的这种光芒，但是我们现在所谈的快速射电暴，我们计算出来它的能量非常大，跟我们太阳一年左右释放出来的能量差不多，所以的话我们就把它称之为非常耀眼的这种光芒了。如果是我们把它类比成光学这样的一个大爆发，其实是在射电上的一个大爆发，耀眼的光芒其实我们是看不到的。射电，大家有可能非常熟悉，比如说在生活当中我们称之为叫作无线电波。这是一回事儿吗？其实的话是一回事，我们在生活当中，比如说看电视，我们用的是无线电波，当然了在天文当中，它有一个专有的名词叫作射电，或者说射电波。那什么叫快速射电暴呢？快速是指它时间非常短，因为我们知道我们通常一眨眼的这种时间差不多是200毫秒左右，快速射电暴它可以达到几毫秒，就是说我们一眨眼的这种过程，就有很多次的快速射电暴就爆发了，这就是为什么称它为快速的一个原因了。
您说的这个射电暴和射电波，跟我们日常这个电波既然都是同一回事，我们怎么来区分人类自己发射的电波，还有天体当中传递过来的这个电波呢？它这个信号在我们地球中和在宇宙中很远距离传过来，是有区别的。我们地球发射的信号，首先这个信号是我们很近很强，可能在多个波束中都看到。如果是很远的地方发出来信号，可能只在其中某些波束相邻的波束探测到，这是其中一个我们判别它是否是我们近地的这个信号。不完整性？对。另外一种方法就是因为射电暴它是在很远的地方发射过来的，那么在这个路径中，它会穿过路径中的 这些物质相互作用，那么在这个频谱的形状跟我们在地球上的频谱形状也是不一样的。所以的话，我们会通过一系列的这种分析，这种比较的这种方式可以看出来两者之间的差别，比如说电视上看到了一些节目，它的无线电波我们转化以后，其实它是丰富多彩的，但是相比较宇宙当中，它是相对比较简单的。如果有一个非常强大的无线电望远镜，你最后看到的这种图像，你最后画出来以后，你看到的不是一个人在跳舞，你会看到星球它转动的这种图像，它所产生的频谱跟我们地球上这种电视里边所产生的频谱差别还是蛮大的，所以的话通过这种不同的频谱的比较，其实我们就可以知道它是宇宙当中产生的一种频谱，还是我们人为制造一些频谱了。
数千年来，人类仰望苍穹，试图弄清自己是否是宇宙中唯一的智慧生命，想知道在我们看着宇宙时，是否也有跟人类一样的生命在看着我们。对未知的好奇促使了人们发明了观测宇宙星空的工具天文望远镜。1609年，意大利天文学家伽利略发明了人类历史上第一台天文望远镜，他通过光的折射发现了距离地球38万公里的月球上的环形山。上世纪三十年代，美国贝尔实验室的工程师卡尔·央斯基用天线鉴别电话干扰信号的时候，无意间探测到了来自遥远宇宙的无线电波。此后，人们便开始设计和建造专门用来探测宇宙电波的射电望远镜。借助射电望远镜，人们发现了脉冲星、宇宙微波背景辐射、上千个暗星系等等用肉眼无法观察到的奇观，人类观测星空的范围逐渐逼近宇宙的边缘。上世纪九十年代，世界各国的射电望远镜不断升级和更新换代，天文学家大胆地提出利用射电望远镜搜寻外星文明信号的设想。南半球最大的射电望远镜之一澳大利亚的帕克斯望远镜，当时世界上最大的单口径射电望远镜阿雷西博射电望远镜，都参与了搜寻计划。
2016年，世界上最大的单口径射电望远镜“中国天眼”建成，不久“天眼”也开启了对地外文明的搜索。巧合的是，这些射电望远镜都探测到了瞬间爆发又转瞬消失的快速射电暴信号。
当你们接收到这些信号的时候，有没有好奇心说，这会不会是什么外星生命传递的东西呢？这个是有的。我记得当我看到的那个信号出来的时候，我心里边还是挺激动的，因为我们对这个东西实在是还没有那么了解，不知道它的起源是什么，我也有一种想法，它会不会是外星生命这样发出来的信号。比如说射电暴，我就想到在（上世纪）六十年代，我们当初刚刚发现脉冲星的时候，这是一个非常新奇的这种东西了。那最早的这种脉冲星被发现的时候，当时就被称之为叫作小绿人。怎么理解？小绿人的话，其实我们想象的一种外星人了，就是说小绿人。当时也不知道是什么样的天体可以发出来这种东西，所以的话最初的发现者他就标注为叫作小绿人。当时的话，反正外星人之类的这种说法非常地流行。那对于快速射电暴，其实的话我们处于这种极早的早期，你比如说是不是外星人，有可能向我们发射这种无线电波，还是天体本身。
那您是什么时候让您冷静下来，跟我们不大一样的，觉得这不可能是外星文明发来的信号？最开始2007年发现这个信号的时候，当时还是挺激动，但是经过这十几年的积累，我们已经有很多类似的信号。其实我们在找外星人的时候，是要看那些非常窄带的那些信号，比如说在某一个频率范围内里很窄的一个信号，看它有没有一些加载的一些信息。如果拿我们现在人类的通信技术的水平来说，我们通信的时候，一般像我们的手机信号，它是一个很窄的一个窄带信号，可能就是在我们带宽里面，可能是几十兆赫兹这样的一个很窄的信号，而 我们接收到这个快速射电暴，它是一个宽频谱的，这个形态是跟我们目前通信信号是不一样的。目前来说，我们或者说主流的大家的观点还是认为它可能是由于物理现象产生的，而不是外星人产生的。然后在你看到的时候，你更多地想到是它背后的物理起因是什么，而且这么高的能量，后来我们也觉得这么高的能量支出，如果是外星人产生的，这个外星人实在是太可怕了。
你又给我们留了一个悬念，为什么说太可怕了？因为这个能量特别地高，其实是超乎我们想象的这样一个能量。如果有目的性地去发射这个能量的话，那就是地球的灾难？对，因为在几个毫秒之内，它所释放出来的这个能量，差不多是相当于太阳在一年之内所发出来的能量，是一个非常巨大的。你比如说，假如我们地球非常靠近太阳的时候，我们肯定温度首先是上升。那假如把这么多能量集中在地球之上，我们可以想象一下地球早就完了。快速射电暴虽然它在毫秒量级可以爆发非常大的能量，但是我们不用担心它摧毁地球，因为它距离我们地球是非常远，有多远呢？比如说拿我们最近发现的FRB190520这个快速射电暴，它距离我们大概是30亿光年，光年这个大家可能非常清楚，就是光走一年的距离，距离我们的银河系，大概是10万光年这样一个尺寸，所以说这个快速射电暴离我们非常远，等到快速射电暴这个信号到达我们地球的时候，已经衰减得非常小。它的能量是在生成地，那个时候释放能量有那么大，等到了地球之后，经过30亿光年之后，就非常微弱了，所以我们大可不必担心。
就目前我们初步猜测或者推测它的成因是什么样的呢？有很多理论，比如说快速射电暴，它可能与一颗磁星成协，它有的理论是在这个磁陀星的磁层内，有的是在磁层外边发生的。还有一种理论就是有很多的小行星带，这些小行星掉到引力场里被拉扯，拉扯之后释放出一些能量，造成这个快速射电暴有很多的这种理论，但是目前来说还没有一个统一的，大家都比较认可的一个理论来解释这种现象，要知道快速射电暴怎么产生的，可能需要积累。比如说常规的监测，获得更丰富多彩的快速射电暴样本，可能能帮助我们更加地，更快地了解到这些快速射电暴的本身的起源的一些信息。快速射电暴作为一种极端的天文现象，自2007年被澳大利亚帕克斯射电望远镜首次发现后，迅速成为天文学研究的热点之一，然而他们中的大多数都是瞬间出现，又瞬间湮灭在茫茫的宇宙中，然后就再也没有动静了。2013年7月5日，帕克斯射电望远镜再次观测到了四例快速射电暴。消息一出，科学家立刻把所有波段和类型的观测设备，全都对准了出现射电暴的区域，希望能看清信号背后是什么。然而最终在那片区域只有一片虚空，人们什么都没有找到。
捕捉这种快速射电暴有多难？快速射电暴，首先它的发生的位置和它的发生的时间是未知的，所以说发现快速射电暴还是挺难的，就是宛如大海捞针一样。快速射电暴它分为一次性的，还有那种可重复的，我们目前有24例是可重复的，但这24例可重复的快速射电暴，它其中只有十几例是活跃的。我们所谓的活跃的就是有些快速射电暴是重复的，但它只爆了几次，那么这些活跃的话，它会不定时地在它的爆发窗口期爆发。就是说，我们如果对这些快速射电暴去长时间观测的话，可能会有所收获。快速射电暴在早期因为我国还没有大的FRB（快速射电暴）的观测设备，大部分的FRB都是由国外的观测设备发现。2016年9月份，随着我国“人民科学家”南仁东老先生他的带领下，FAST终于落成了，然后终于进行了调试期，也具备快速射电暴的探测能力，那么我国的科学家才逐步地赶上了欧美科学家的这个脚步。而且我们在国家天文台李菂研究员领导下，我们还开发出了一种多科学目标同时观测，可以进行脉冲星、谱线同时去进行，这个是世界上首创的，那么这样的话也可以把我们的观测时间缩短，观测效率提高一倍。
两位现在看到我们演播室当中，中间升起的这就是“天眼”，给我们介绍一下，用“天眼”来观测宇宙，“天眼”到底什么样，基本的原理是什么？它是依托喀斯特地貌在一个大坑里边搭建了几个柱子，然后把这个面板给铺上。它这个面板不像我们平常接收卫星信号电视这样的大锅，它是这种空心的面板，这也决定它接收的波段是一个固定的一个波段。它中间是个馈源舱，我们接收天上的信号，通过这个面板汇聚到这个馈源舱中，然后通过电缆还有信号传输到我们的控制室里边。2016年9月25日，由著名天文学家南仁东先生提出构想， 从设计到建成历时22年的500米口径球面射电望远镜落成启用，这个坐落在贵州深山的射电望远镜，被誉为“中国天眼”，是目前世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜。不同于以往的射电望远镜，这个巨大的“天眼”，它的“眼球”并非呆滞不动，而是能够根据观测需要瞬时变形，聚焦观测信号。而“天眼”的“瞳孔”馈源舱则是宇宙信号的接收器，它小巧灵活，可以配合反射面的变形。在直径206米的范围内自由移动并准确到达指定位置，误差仅为10毫米。巨大且可变形的反射面和精巧的馈源舱，不仅使“天眼”拥有更广的观测范围，有能力探索上百亿光年外的宇宙，将观测范围延伸至已知宇宙的边缘，能相对准确地定位观测对象，大幅提升捕捉宇宙信号的能力。
那目前我们的设备是处在一个什么样的状态？FAST目前的话，我们的接收机还只有一个波段，但是在这个波段内，我们的灵敏度是最高的，就是我们可以看到更多的细节。我们举个例子，比如说别的望远镜，它发现了一个快速射电暴，它只能看到一些快速射电暴的高能量的爆发，但是FAST如果去看的话，可能看到的就不只是冰山一角了，就是冰山下面的一些更多的复杂的结构。就对这个信号的捕捉更完整了，是这样的概念？对，就相当于你可以看的更远一点，或者看的更弱一点一些爆发。2019年5月20日发现的这个快速射电暴，牛博士是 第一发现人，您简单的跟我们说一下，这种快速射电暴怎么捕捉到的？当时是2019年是FAST捕捉到的，这个主要是依赖于两方面，一个是望远镜的灵敏度，我们都知道FAST是现在世界上最灵敏的射电望远镜，它是目前来说世界上第二大望远镜灵敏度的2.5倍。这个灵敏度是我们观测快速射电暴的一个非常重要的指标，比如说看一些稍微弱一点的快速射电暴。另外一个就是望远镜的这个视场，其实这个视场并不是FAST一个非常有利的一个条件，因为望远镜的观测视场，它是与望远镜的尺寸相关，尺寸越大，虽然你越灵敏，但是你的观测视场就越小。
FAST采用了一种19波束同时观测这样技术，弥补这个缺陷，就是我们同时指向不同的一个天区，这样的话我们的视场可以扩大19倍，这样就更利于观测的进行，“中国天眼”是利用自己的19波束的这样一个技术设备，那我们是在两波束中都捕捉到FRB 190520这个信号。快速射电暴被称作是引力波探测之后，天文学最重大的发现。迄今全球各大射电望远镜，已经发现了数百个快速射电暴。2018年“中国天眼”FAST加入了追踪和搜寻快速射电暴的行列，FAST的超大口径与前所未有的灵敏度让它能够捕捉到其他望远镜无法观测的快速射电暴信号，“中国天眼”探测到的快速射电暴FRB190520, 是至今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴。其实FRB190520的发现，它偶然中存在着必然，必然性就是因为我们有很好的装备，按照这个时间我们应该是会发现一些非常奇特的信号，偶然性就是说我们并不知道这个信号在哪儿，它什么时候出现，那么这时候我们需要利用我们的高灵敏的望远镜去扫描、去观测，去得到这样的信号。当时是2019年是FAST捕捉到的，但是我们处理数据的时候，可能再是后期再处理，那么我当时发现这个快速射电暴，它非常活跃。我们FAST是19波束巡天，那么在一个波束里面，它就发现了三次爆发。那么在另外一个波束又扫20秒后又扫过来的时候，又发现一次爆发。非常巧合的是，它是在2019年5月20日发现的，在我们中国这边在谐音就是520，很像是这个星与我们FAST进行了一个联动。一个信息的传递？
那么FRB 190520它这个名字，是由于FRB是快速射电暴的简称，那么后面的是它的年份和它的月份和日期，FRB 190520是我们世界上首例持续活跃的快速射电暴，我们每次去探测的时候都能探测到爆发，它与我们FAST进行了一个长时间的这样一个互动，还是非常有意思的。在有FAST之前，你有过类似的发现吗？目前为止世界上发现的持续活跃的快速射电暴，就是仅此一例。这种可重复的快速射电暴，它来自何方，我们有判断吗？首先我们要清楚一点，就是它离我们非常远，我们要找到所谓的它的“家”，我们学术上称为宿主星系，因为它不在我们银河系内，它是在很远的其他的星系爆出来的。那么我们就单从寻找宿主星系来说，也是非常困难的，因为FAST来讲，我们发现的这个快速射电暴，它距离很远，在我们的市场内可能会有很多的宿主星系，如果想确定它来自于哪一个宿主星系，我们可能还需要更高的分辨率，我们用更大的射电望远镜，或者说是更长的观测阵列去看它，然后把它的宿主星系找出来。因为这个天体的概念太大了，宇宙太大了？对，它不像我们在地球上，我们坐飞机或者坐火车，我们随时能赶到一个地方，它这个地方首先是距离我们很远，而且它也不一定什么时候就爆发。
就是我们三年的时间，才找到它的位置是吧？其实是这样子的，所谓三年是从2019年到2022年这个文章发表，其实我们找到位置是在2020年，其实已经把它定位已经找到了，首先这个快速射电暴的位置我们肯定是不知道的，我们是通过我们的漂移扫描巡天找到的，虽然我们当时找到时候它很活跃，它爆发了四次，出现在两个波束中，但是并不是它真正的位置，它这个信号在我们的数据中是非常弱的，那么如果我们把这个换成别的望远镜来看它，它是看不到的。那么，这样也就是说，我们FAST有很高的敏灵敏度，可以找到很弱的信号，那么大致可以把它的位置给找出来。那么，利用我们“天眼”的这个信号，捕捉到这个位置已经非常精确了，这样的话为我们后续找到它的宿主星系提供了一个非常可靠的位置信息。那么直到现在其实其他的很多的FRB，是没有找到宿主星系，或者是没有被精确定位的，这也是与它这个初始的位置可能不是很精确是有关系的。根据FAST提供的相对精准扫描数据，中国科学院国家天文台的研究团队很快锁定了快速射电暴爆发点的大致范围，并通过组织多台国际设备天地协同观测，最终确定这一快速射电暴的宿主星系，是距离我们30亿光年的矮星系。排除了来自外星文明发送信号的可能，借助“天眼”FAST，中国科学家为推进快速射电暴这一全新领域的研究做出了独特的贡献。
在我们捕捉到这个射电暴的时候，是来自矮星系，矮星系是一个什么样的概念？我们所在的星系叫作银河系，银河系周围就有比如说几十个左右的这种矮星系，像我们非常熟悉的麦哲伦星系，它分为大小麦哲伦星系，它就是我们银河系周围的这种矮星系了，就是说它比我们的尺寸，比如说我们说一个正常人长成以后，那个子非常小，像一个婴儿的时候，我们就说矮人了对吧？所以的话，就是说比我们成熟的这种星系，它的个头质量，小10倍以上的这种星系，我们就称之为叫作矮星系了，那既然我们捕捉的这个快速射电波是来自矮星系，是一个宇宙当中发育比较初期的一个阶段，这能说明什么呢？我们现在确认了它这个宿主星系是一个矮星系，当然的话一个正常的星系的周围有多少个矮星系呢？这肯定是与就是说整个宇宙的演化是相关的，我们试图理解整个宇宙当中发生的一种事情，包括快速射电暴包括一些其他我们需要探究的一些事情。那比如说发现FRB，它究竟是一种什么样的过程，它对于我们整个宇宙演化的机制有什么样的联系？
我们并不是特别地清楚，现在还停留在一个推测的这种阶段，等待以后更多的这种发现，更多的这种探测，那目前我们对射电暴的这个研究处在一个什么样的状态？我们单从快速射电暴这个领域来说，我们其实已经走在了科研队伍的第一梯队了，然后我们也有一系列的成果，包括这快速射电暴，它的偏振随频率变化，还有它的最大的样本集，还有这一次持续活跃的快速射电暴，一系列成果已经表明，我们国家这些大科学装置工程，已经产生了非常好的一个成果。6年前，中国天文学家、“人民科学家”南仁东实现了自己奋斗一生的梦想，建成了探寻宇宙太空的利器“天眼”。6年间，“天眼”FAST稳定运行，全年无休。在快速射电暴起源与物理机制，中性氢宇宙研究、脉冲星搜寻与物理研究，脉冲星测时与低频引力波探测等方向，持续产出丰硕的成果，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。截至2022年7月，中科院国家天文台宣布，FAST已发现660余颗新脉冲星，这个数量是同一时期，国际上所有其他射电望远镜发现脉冲星总数的5倍以上。FAST的中性氢星系巡天项目中，探测到十万个以上星系的中性氢谱线，揭示了星系中原子气体的含量与星系性质的关系，以及它们在星系演化中的作用。
我不是说最大的一定给出最大的最精彩的发现，不过它提供了你一个机遇。天文学以人类整体的好奇心为驱动，去扩展全人类的视野，“中国天眼”FAST正帮助人类探向更深远的宇宙尽头，了解宇宙的起源和演化，探寻地球的过去与未来。“中国天眼”等大科学装置的高超性能，已在世界科研前沿问题的探索中起到越来越重要的作用。很多人都羡慕中国的科学家，因为咱们有了大型的观测设备“天眼”，可以快速地推进我们对射电暴的这个研究，那未来“天眼”还会在你们的共同努力下，给我们揭开什么样的秘密，两位帮我们展望一下？
那快速射电暴现在的话，我们有中国的FAST，还有国外的一些望远镜，还有一些非常聪明的这种人，来帮助我们去解决这个问题。所以的话所花费的这种时间，有可能会比先前少一点。它需要一个多学科的一个综合的一个合作？对，是的。比如说我从事的伽马射线暴，它现在大家已经有了一个确认的，比如说产生的这种机制，但是我从事天文学研究的时候，或者说我读博士的期间，差不多是20年前，那个时候大家对于伽马射线暴，它整个产生的这种机制并不是特别清楚，非常类似于牛博士他们现在所处的这种阶段。
当时中国的天文还没有这么好的仪器设备，无论是地面上的，无论是天上的这种设备都是没有的。“中国天眼”确实是我们青年的研究工作者观天的一个利器，这也是前人栽树，我们是生活在非常好的一代，别人把这个望远镜已经建好，我们去使用。现在我们FAST观测FRB这个数据，那么现在的驱动就是很想把快速射电暴，它到底是什么，或者是怎么来的，它到底有没有周期性，是不是所有的快速射电暴都是重暴，这样的一系列的问题给弄明白。我觉得现在靠我们国家大科学装置，包括FAST、慧眼卫星这种大科学装置，是有能力去解开这些谜团的，这也是推动我现在工作的一个兴趣。我们这个快速射电暴（领域）目前虽然我们已经在第一梯队，但是未来我们可能随着“中国天眼”的其他的（设备）不断地加入，我们可能会在完善这个快速射电暴样本中提供更大的一个作用。好，感谢各位收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好了，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
