贵州研学报告

日期: 2024-08-27 15:43:09
来源: 十堰市东风高级中学
作者: 罗子艺

一、脉冲星理论学习

在龚教授和党老师的讲解下,初步了解到脉冲星的概念、应用以及当前面临的问题等方面知识,具体内容如下。

1.脉冲星概念

 脉冲星是中子星的一种,密度高达10^11~10^14g/cm^3,由恒星末期坍缩形成,由“灯塔效应”,脉冲星快速旋转,周期极短,两磁极发出的无线电波扫过地球时被射电望远镜接收,形成脉冲信号,因而得名。脉冲星首次被发现于1967年,由剑桥大学的女研究生乔瑟琳·贝尔在观测狐狸星座时,注意到了一颗星发出的周期性电波。经过科学家的仔细分析,确认这是一种未知的天体,并命名为脉冲星。

2.应用

计时: 脉冲星的自转周期非常稳定,可以精确到纳秒级,因此被用作高精度的天文钟,用于精确计时和校准其他计时设备。

导航与定位:脉冲星由于其高度稳定的自转周期,类似于GPS系统,可以被用于导航和定位。

引力波探测:利用脉冲星的稳定信号,科学家可以检测引力波的影响,为引力波天文学的研究提供重要工具。

中子星物理研究:通过观测脉冲星,科学家可以研究极端条件下的物质状态和物理规律,如强磁场、高密度等条件下的物质行为。

3. 现存问题

尽管科学家已经对脉冲星的形成机制有了一定的了解,但仍有许多未解之谜。例如,脉冲星是如何在超新星爆炸中形成的?其内部的物质状态和结构是怎样的?还有快速射电暴,脉冲消零等特殊现象,这些问题都需要进一步的研究和探讨。

另外,在脉冲星数据的收集和处理方面也存在许多困难。例如:

脉冲星信号微弱:

脉冲星虽然具有极高的自转速度和强磁场,但其发出的辐射信号在传播到地球时已经非常微弱。这使得直接观测脉冲星变得非常困难,需要借助高灵敏度的天文望远镜和先进的观测技术。

射频干扰:

在地球和周围环境中,存在大量的射频干扰源,如无线电通信、雷达等。这些干扰信号的强度往往比脉冲星信号强得多,如何有效地识别和消除这些干扰信号,是脉冲星观测中的一大难题。

观测数据量大:

射电望远镜在观测脉冲星时会产生海量的数据。例如,“中国天眼”(FAST)观测脉冲星每秒可以产生高达数GB的数据,月数据量更是达到了PB量级。这些数据既难以处理,又难以储存,给科学家带来了巨大的挑战

二、脉冲星数据处理 

在党老师的指导下,我们进入“南仁东班”天文数据处理实验室体验脉冲星数据处理过程。利用Linux系统终端,我们登录贵州师范大学校园网,利用dspsr和psrchive工具对来自帕克斯和天眼的脉冲星数据进行折叠、消干扰等操作。

   随着学习深入,我们又了解了对数据的更深度处理,例如进行傅里叶变换,还包括利用Python中的插件进行绘图等。其中Python语言我之前了解过,因此使用起来较熟练,而此次应用使我意识到其应用的广泛。

尽管学习不算深入,但结合龚教授和党老师的介绍,我也初步了解了大学生的学习方式。大学学习方式与高中有很大区别,高中学习方式相对被动,主要是老师传授知识与学生做题,而大学往往没有具体任务,如此次体验的数据处理,需要学生自己整理数据并寻找规律,正是龚教授反复强调的“多观察”。另外,大学学习方式与途径也有明显拓展,这需要一定的适应能力和时间,此次体验也为我们日后大学学习提供了宝贵的经历。

三、参访贵州大学与贵师大射电望远镜 

掌握一定天文数据处理知识后,我们参观了贵州大学,在此参观了公共大数据国家重点实验室并了解了星澜AI。回到贵州师范大学后,又在赵教授带领下观察了小型射电望远镜的内部结构与机械部件,并参观了赵教授的办公室。

此次参访使我意识到以脉冲星研究为例,任何专业都不是独立的。星澜AI将天文学与人工智能有机结合,而射电望远镜工作时反射面的方向调整,观测数据的传输和存储等工作,也需要结合多学科知识的运用。从学习角度看,需要我们培养知识的联系和迁移运用能力。



四、参观贵州天眼与阳明祠  

最后一天,我们来到了期待已久的中国天眼。中国天眼,全称为500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST),是一项位于中国贵州省黔南州平塘县克度镇航龙文化园内的天文学工程。FAST拥有500米的直径,是世界上最大的单口径球面射电望远镜,其发射面积相当于30个标准足球场那么大。首次踏足中国天眼——这人类探索宇宙奥秘的宏伟之作,我被其无与伦比的壮观与深邃深深震撼。站在它庞大的身影之下,我仿佛能听见来自遥远星辰的低语,感受到科学与梦想交织的磅礴力量。这不仅是一项工程奇迹,更是人类智慧与勇气的象征,让我对宇宙的无尽奥秘充满了无穷的好奇与向往。在这片静默而浩瀚的天幕下,我深刻体会到了作为渺小探索者的自豪与使命,我期待未来能有更多未知的领域被点亮去揭开宇宙神秘的面纱。

此次旅程的最后一个地点是阳明祠,来访之前,我的心里充满疑问,我们此次研学活动的主题是天文学方面的,这和王阳明有什么关系?而探访结束后,我有了答案。王阳明的一生充满传奇色彩,他不仅在学术上成就斐然,更在军事、政治等多个领域留下了深刻的印记。其中,他最出色的成就就是思想方面的心学,对后世影响深远。他强调“知行合一”,很好地契合了我们此次研学活动先学习理论知识再实地探寻的过程,他还强调“良知”,他所做的一切都服务于他奉献祖国的初心,这也给了我们深深的感悟与启发。

为期5天的贵州研学活动转眼就结束了,此次活动中,我收获了许多。我们不仅接触了天文学前沿知识,极大地拓宽视野,还认识了来自湖北各地的同学们,感悟到人生与科研过程中的诸多道理。最后,我由衷感谢组织此次活动的英才、楚才计划物理组,感谢活动过程中耐心指导的周主任、龚教授与各位同学们!