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走進(jìn)“中國天眼”:“天空實(shí)驗(yàn)室”里科學(xué)家怎么工作
2021年01月25日 17:44
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  “天空實(shí)驗(yàn)室”里的科學(xué)家怎么工作?

  新華社貴陽1月25日電(記者齊健)“中國天眼”身在洼地,但在科學(xué)家眼中,它心系深空,是一座“天空實(shí)驗(yàn)室”?茖W(xué)家是依靠什么在天地間“連線”,又是如何駕馭這樣龐大的射電望遠(yuǎn)鏡服務(wù)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

  到現(xiàn)在為止,應(yīng)該沒有天文學(xué)家上過太空,但他們卻是最了解宇宙的一群人,靠的是什么?

  不少人小時(shí)候嘗試過用曝光的膠片觀看日食,還有動(dòng)手能力更強(qiáng)的,用兩個(gè)放大鏡自制過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡就是天文學(xué)家了解宇宙的必備工具。但射電望遠(yuǎn)鏡不同于人們熟悉的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,它不能直接成像,而是抓取目標(biāo)的無線電信號(hào),用數(shù)據(jù)說話。

  天文學(xué)家如何利用“天眼”開展工作?有點(diǎn)類似移動(dòng)靶射擊運(yùn)動(dòng),需要不斷地選取目標(biāo)、瞄準(zhǔn)目標(biāo)射擊、分析結(jié)果。

  據(jù)北京大學(xué)教授、中科院國家天文臺(tái)研究員李柯伽介紹,第一步要考慮望遠(yuǎn)鏡頻率是否合適、靈敏度是否足夠、目標(biāo)是不是在可視范圍內(nèi),以便確定觀測源的坐標(biāo),形成觀測列表。

  第二步是望遠(yuǎn)鏡控制部門執(zhí)行觀測。如何精確控制“天眼”瞄準(zhǔn)動(dòng)輒光年之外的目標(biāo)?簡單地說,一是通過天體坐標(biāo)計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡所需的“姿態(tài)”,二是驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制望遠(yuǎn)鏡的“姿態(tài)”。

  因?yàn)榈厍蛟诓煌W赞D(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的緣故,這樣的觀測比移動(dòng)靶射擊復(fù)雜得多,要不斷地修正望遠(yuǎn)鏡的位置,不斷地瞄準(zhǔn)目標(biāo),并確保一直命中靶心。

  第三步是通過編程來分析數(shù)據(jù)。外表安靜的“天眼”,內(nèi)心澎湃,每秒最高傳輸數(shù)據(jù)38G。海量的數(shù)據(jù),基本沒有手動(dòng)分析的可能,所以天文學(xué)家都是“程序員”,用大數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)天地“連線”。

  如此繁瑣的、針對宇宙深空的觀測有什么意義呢?

  這要從我們?nèi)ブ袑W(xué)物理實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)說起。前輩科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的物理定律,我們在物理實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn),結(jié)果都能驗(yàn)證定律為真。在“天空實(shí)驗(yàn)室”里呢?那可不一定。

  天文學(xué)跟物理學(xué)密不可分,大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)、宇宙演化、高能天體(如黑洞、脈沖星等)都是以廣義相對論為重要理論基礎(chǔ)的。前人依靠頭腦做實(shí)驗(yàn),得出了理論,理論研究走在前面,后人如何驗(yàn)證呢?這些天體質(zhì)量驚人、距離以光年計(jì),對應(yīng)的物理參數(shù)和空間都是人類無法達(dá)到的,只能用“天空實(shí)驗(yàn)室”來驗(yàn)證。

  在“天空實(shí)驗(yàn)室”里,天文學(xué)家除了重復(fù)繁瑣的觀測、驗(yàn)證,都保留一顆期待的心——比如找到某個(gè)能解釋一些奇怪天文現(xiàn)象的關(guān)鍵,或是發(fā)現(xiàn)目前的理論無法解釋的現(xiàn)象。真到了那一天,科學(xué)理論又會(huì)向前邁進(jìn)一大步。

【編輯:梅鐿瀧】