「天空實驗室」裡的科學家怎麼工作?

2021-03-01 今日科學

新華社貴陽1月25日電(記者齊健)「中國天眼」身在窪地,但在科學家眼中,它心系深空,是一座「天空實驗室」。科學家是依靠什麼在天地間「連線」,又是如何駕馭這樣龐大的射電望遠鏡服務於科學實驗呢? 

 

到現在為止,應該沒有天文學家上過太空,但他們卻是最了解宇宙的一群人,靠的是什麼? 

 

不少人小時候嘗試過用曝光的膠片觀看日食,還有動手能力更強的,用兩個放大鏡自製過光學望遠鏡。望遠鏡就是天文學家了解宇宙的必備工具。但射電望遠鏡不同於人們熟悉的光學望遠鏡,它不能直接成像,而是抓取目標的無線電信號,用數據說話。 

 

天文學家如何利用「天眼」開展工作?有點類似移動靶射擊運動,需要不斷地選取目標、瞄準目標射擊、分析結果。 

 

據北京大學教授、中科院國家天文臺研究員李柯伽介紹,第一步要考慮望遠鏡頻率是否合適、靈敏度是否足夠、目標是不是在可視範圍內,以便確定觀測源的坐標,形成觀測列表。 

 

第二步是望遠鏡控制部門執行觀測。如何精確控制「天眼」瞄準動輒光年之外的目標?簡單地說,一是通過天體坐標計算出望遠鏡所需的「姿態」,二是驅動電機控制望遠鏡的「姿態」。 

 

因為地球在不停自轉和公轉的緣故,這樣的觀測比移動靶射擊複雜得多,要不斷地修正望遠鏡的位置,不斷地瞄準目標,並確保一直命中靶心。 

 

第三步是通過編程來分析數據。外表安靜的「天眼」,內心澎湃,每秒最高傳輸數據38G。海量的數據,基本沒有手動分析的可能,所以天文學家都是「程式設計師」,用大數據手段實現天地「連線」。 

 

如此繁瑣的、針對宇宙深空的觀測有什麼意義呢? 

 

這要從我們去中學物理實驗室做實驗說起。前輩科學家發現的物理定律,我們在物理實驗室裡做實驗,結果都能驗證定律為真。在「天空實驗室」裡呢?那可不一定。 

 

天文學跟物理學密不可分,大尺度時空結構、宇宙演化、高能天體(如黑洞、脈衝星等)都是以廣義相對論為重要理論基礎的。前人依靠頭腦做實驗,得出了理論,理論研究走在前面,後人如何驗證呢?這些天體質量驚人、距離以光年計,對應的物理參數和空間都是人類無法達到的,只能用「天空實驗室」來驗證。 

 

在「天空實驗室」裡,天文學家除了重複繁瑣的觀測、驗證,都保留一顆期待的心——比如找到某個能解釋一些奇怪天文現象的關鍵,或是發現目前的理論無法解釋的現象。真到了那一天,科學理論又會向前邁進一大步。  

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