经过了几年的测试和系统调试，在克服重重困难、闯过无数技术难关后，2020年1月11日，有“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜（FAST）终于通过验收，正式投入运行了。这是我们为数不多的大科学装置，是一个了不起的科学成就，许多人都为之自豪。

从2017年9月起，在正式投入运行之前的1200天时间里，FAST就已经发现了146颗脉冲星候选体、确定了其中102颗脉冲星，其效率是国外最先进望远镜的十倍以上。

中国天眼FAST

有朋友对此很不理解，抱怨说，这么多科学家花这么多时间这么多钱，就为了在天上找几颗看不见的星星，值得吗？脉冲星又不能吃，拿来干嘛用？

爱好天文的你对类似的怨言或许不屑一顾，考虑到这是许多人心中的疑问，我觉得还是有必要说道说道。

脉冲星是啥？

这是一个很基础的问题，许多人都知道答案。

在我们的宇宙中有无数颗星星。平时我们看得见的是恒星，它们发出耀眼的可见光，白天我们抬头能望见太阳，太阳是恒星。夜晚，只要天气好能见度好，我们能看见满天的星斗，它们多是恒星（其间也有三两颗行星）。

人与宇宙

科学家们说，恒星其实只在宇宙中占极少的质量。宇宙中96%以上是我们看不见的暗物质和暗能量，只有不到4%是由重子构成的物质，而这4%中的不到1%才是我们能看见的发光的恒星。

打个比方，你去超市买一大瓶可乐，假设它就是一整个宇宙的话，恒星只是其中的一滴水。其它的呢？其它的我们全看不见！

重子包括质子中子等物质，我们所知道的一切物体都是由重子构成的。宇宙中4%的重子物质除了恒星、星云和行星外，还有黑洞、白矮星和中子星。这三种星体都属极密度极大的天体，它们不发出可见光，我们看不见它们。

就拿中子星来说，它是巨大恒星死亡坍缩后的产物，一立方厘米中子星物质的质量高达几亿吨，试想一想在你的汤勺里放一座珠穆朗玛峰是什么感觉吧！

中子星密度极大

中子星比太阳重多了，但我们看不见它，因为它的直径大约只有10~20千米，并且它没有恒星明亮。

好在大多数中子星有一个特点，就是它拥有一个极强大的磁场，其磁场强度比地球高千万亿倍，并且这个磁场会随着中子星的旋转而旋转。这种旋转磁场的中子星就是我们所要找的脉冲星。

中子星磁场

我们怎么找到脉冲星？

前节提到，中子星有一个旋转的磁场。其实地球的磁场也是旋转的，你能在宇宙中探测到吗？不能，地球的磁场太弱了，它只会影响很小的范围。

中子星不同，它是巨大恒星坍缩后的产物。强大的压力将恒星物质剧烈压缩，电子被挤入了质子内部，质子变成了中子，中子们又被重力挤成密集的一团，这一团核心的外围包裹着带电的质子和等离子体云。

我们知道宇宙中大多数的恒星都会自转，当恒星死亡向中心坍缩后，由于角动量守恒的关系，中心的中子星会转得很快。就像花样滑冰运动员在冰面上做的那样。

花滑选手的旋转

当花样滑冰选手舒展身体开始旋转时，她的舞姿是曼妙舒缓的。随着四肢向中心逐渐收拢，她旋转的速度会越来越快，最后达到令人眼花缭乱的程度。在这个过程中没有外力的加入，运动员仅靠初始旋转的角动量就可以获得非常高的转速（由a到b），这在物理上被称为角动量守恒。

角动量守恒

中子星的旋转也是如此。当然，还有相当多的脉冲星是由两颗星的合并形成，或者中子星吞噬附近的星体，在此过程中由于相互作用力的关系，造成快速的旋转。

强烈的旋转使外壳带电的中子星产生强大磁场，而磁场的方向与中子星的自转轴又不完全重合。于是由磁场两极发射出的电磁辐射波束，包括γ射线、X射线波和波长比较长的电磁波会有规律地扫过太空。

脉冲星形成

从脉冲星磁极发射出的电磁波束是如此集中、强度是如此之强，以至于当它经过了数十万光年之后扫过地球，依然能被灵敏的天线探测到。同时由于脉冲星的旋转周期有极精确的周期性，我们探测到的脉冲信号也具有周期性。

寻找脉冲星有什么用？

虽然天文学家们数百年来持续不懈地探索太空，但应该承认人类对于宇宙的认识依然只是比白痴稍强那么一点。宇宙中有太多的未知、有无数的谜团需要我们一个一个地去解开，我们不仅需要智慧的大脑，更需要强大的工具。

人类最开始只是用眼睛观察星空，为了看得更清楚一些，科学家发明了光学望远镜并将望远镜造得越来越大越来越精密，直到将它送到大气层之外。在了解到可见光只是电磁波谱中很小的一部分后，科学家开始用射电望远镜来接收来自太空的信息，这其中就包括脉冲星发出的信号。

脉冲星

正常情况下，由于其自身的旋转不受外力影响，脉冲星的自转极为规律，它的电磁波扫过天空的频率甚至比人类制造的原子钟更精确。这个特点使人类想到了海岸边的灯塔，宇宙飞船在星际间航行时，地面无法为其提供精确的引导，遥远脉冲星发出的规律信号可以像灯塔一样为飞船导航。

灯塔的光可以为船只导航

我们需要的不仅仅是灯塔

如果仅仅是为了星际航行时的航标，我们只需要寻找几十颗脉冲星就足够了，实在没必要大费周章地建造如此多的射电望远镜日复一日地看天。

FAST望远镜拥有更灵敏的天线，可以接收更遥远和更微弱的信号，通过对接收到的更多脉冲星信号进行分析，可以揭示出更多宇宙的秘密。

作为宇宙中恒星生命的重要一环，中子星和脉冲星两极发射的光束携带着大量恒星演化的重要信息。脉冲星由于其磁层而产生射电波束，在这个超强的磁层中包含了极端相对论性带电粒子、极强的等离子体波和极强磁场的奇异混合物，这种环境在其它的天体中不具备，我们在地面也无法模拟。通过对其发射出来的电磁波的分析，我们可以进行更广泛的等离子体物理研究。