新冠疫情中天文學家與星空的「社交距離」

　　儘管天文觀測已經越來越自動化，新冠疫情已經使大多數望遠鏡停止運行，包括洛杉磯格裡菲斯天文臺望遠鏡

　　新浪科技訊 北京時間8月14日消息，對專業的天文學家來說，觀測星空可能早已不必再手動調整望遠鏡，但在新冠肺炎疫情的影響下，一些天文臺不得不關閉，這給天文學研究帶來了阻礙。

　　天文學家很珍惜在工作中所遇見的美。我們可能會花很多時間鑽研數據，研究如何用數學和物理的語言來描述宇宙，但與此同時，我們也得到了獨一無二的機會，可以去世界上最黑暗——也最遠離光汙染——的角落進行研究。在造訪某個偏遠的天文臺期間，大多數天文學家都忍不住要在繁忙的觀測日程中花上幾分鐘，在周圍的環境裡喝上一杯。

　　我們特別喜歡日落。當夜幕降臨時，看著地球慢慢地旋轉遠離我們最近的恆星，使我們有一個安靜的時刻，來欣賞自己所處的這顆星球的廣闊和色彩。可以想像，在今年三月之前的任何一個夜晚，全球各地的天文學家都會抽空站在山頂的望遠鏡旁，停下他們的工作，欣賞天空的簡單之美。

　　悲劇的是，在過去的幾個月裡，這種共同的儀式幾乎消失了，連同望遠鏡本身一起被拋棄了，因為世界各地的天文臺都因新冠肺炎疫情暫時關閉了。

　　研究級望遠鏡是一種稀有而珍貴的物品，只有在非常極端的情況下，才會讓一臺望遠鏡閒置幾個晚上。乍聽之下，關閉天文臺並遠離山頂的決定很是奇怪，畢竟我們把望遠鏡都設置在十分偏僻的地方，研究的是數十億光年之外的東西。天文學研究似乎是社交距離最遠的一項工作。那為什麼還要關閉天文設施呢？

印度新德裡的一臺有幾百年歷史的天文儀器，表明天文學一直以來都是在偏遠的地方開展工作

　　首先，管理這些偏遠的科學前哨需要現場支持人員，以及當地社區成員的努力，他們的安全事關重大。一些望遠鏡仍然需要天文學家親自維持運行，意味著他們可能需要穿越數千公裡的距離，這在如今的疫情背景下頗令人擔憂。

　　然而，不可否認的是，比起一個世紀前，甚至是十年前，如今的天文學研究更加自動化，天文學家越來越遠離手動操作。在20世紀早期，天文學家的工作場所就是望遠鏡，這一點毫不誇張。大多數天文望遠鏡使用巨大的曲面鏡來捕捉從夜空落下的光線。主反射鏡的大小是望遠鏡的主要特徵：越大的反射鏡可以收集和聚焦越多的光線，使我們能夠研究較暗和較遠的物體。在長達數十年的時間裡，使用世界上最大、最好的望遠鏡進行觀測，就意味著要爬進鏡片上方狹窄的空間，擺弄玻璃照相底板，並在漫長寒冷的夜晚一直彎腰在照相機前拍攝。天文學家可以通過目鏡來手動引導望遠鏡，與頭頂上運行的星星保持同步。

　　在玻璃底板上收集數據，以及用肉眼來操縱望遠鏡聽起來可能很原始，但正是這些觀測帶來了天文學歷史上一些最具突破性的發現。1912年，哈佛大學的天文學家亨麗愛塔·斯旺·勒維特（Henrietta Swan Leavitt）利用秘魯一臺望遠鏡的感光板觀測結果，發現了一種叫做造父變星的奇特變星。這是一種非常明亮的變星，其變光的光度和脈動周期有著非常強的直接關聯性，可以用來精確地測量宇宙空間中的巨大距離。11年後，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）在美國加州威爾遜山天文臺2.5望遠鏡拍攝的一張感光板照片中也發現了造父變星。圖片中顯示的是當時所謂的「仙女座星雲」。但是，哈勃進行了新的距離測量，揭示了這個星雲實際上就是仙女座星系，而且在我們的星系之外還存在著無數其他的星系。這改變了我們對宇宙的認知。恆星化學和宇宙膨脹的發現，成為證明愛因斯坦廣義相對論的第一批證據，而所有這些都要歸功於感光底片和天文學家們在山頂望遠鏡上花費的大量時間。

2004年，天體物理學家從基特峰國家天文臺2.1米望遠鏡的溫暖房間裡按下按鈕，打開瞭望遠鏡圓頂

　　到了20世紀70年代，電荷耦合器件（可以存儲數據的光敏矽晶片）等新技術的發展使電子學成為天文臺觀測的重要組成部分。天文學家們不再需要在寒夜中，獨自在相機前顫抖；現在，他們可以在所謂相對「奢華」的溫暖房間裡，在電腦、燈光和最重要的暖氣陪伴下進行觀察。在天文學家感到更加舒適的同時，望遠鏡的功能也更加強大：電荷耦合器件對光線的敏感性遠遠高於照相底片，而它們儲存的數據量也非常龐大，以簡潔的0和1的形式提供新發現，而不是難以解讀的玻璃感光圖像。通過使用這些設備，加上20世紀望遠鏡的鏡片尺寸不斷增大，天文學家得以研究宇宙中那些更加黯淡的物體。當他們探測到來自可見宇宙最邊緣的光線時，就可以有效地回溯過去。這項技術使我們的工作更容易、更高效，也標誌著天文學研究方式的根本轉變。

　　隨著計算機和自動化在天文學中發揮越來越重要的作用，遠程觀測開始普及。如果天文學家可以在另一個房間進行觀測，為什麼不能在另一座建築進行呢？或者是在另一個國家？

　　如今，遠程觀測可以通過許多手段來實現，從專用的控制室到筆記本電腦上的軟體。我曾經在西雅圖的沙發上，在紐約的餐桌上，以及瑞士的一棟辦公大樓裡，運行過新墨西哥州阿帕契點天文臺的3.5米望遠鏡。位於夏威夷和智利的雙子星望遠鏡已經觀測到超新星爆發的最初時刻，並捕捉到圍繞遙遠恆星運行的整個行星系統的圖片，這讓可觀測宇宙的距離又向前邁進了一步。天文學家會提前提交細緻的指令，而觀測結果會被裝載到一個望遠鏡「隊列」中。在實際觀測中，這個隊列會考慮到天氣、月相和大氣狀況。我可以在一整夜的觀測中平靜睡去，到第二天早上醒來時再下載收件箱裡的新數據。

位於智利，正在建設中的薇拉·C·魯賓天文臺只需要很少的現場工作人員

　　對天文學家來說，遠程或排隊觀測簡直是奢侈之舉，當然，在疫情肆虐的情況下很適合這麼做。但是，天文學家並不是唯一操作望遠鏡的人。總的來說，我們已經有幾十年沒有親自使用過巨型望遠鏡了。這項任務落到了專業操作員的肩上，他們是負責每一個望遠鏡複雜操作的專家，目前仍在天文臺山頂的控制室中工作。

　　一些專門用於巡天觀測的望遠鏡實際上可以在沒有人在場的情況下完全自動運行。這些更簡單的儀器可以一次又一次地拍攝天空中相同區域的照片，以尋找近地小行星和正在爆發的恆星。一些在未來具有開創性意義的巡天望遠鏡，比如智利的薇拉·C·魯賓天文臺（該天文臺的建設已於3月停止），已經設計成只需要很少人員參與就能運行。

　　當然，新冠肺炎疫情的挑戰遠不止望遠鏡的後勤保障。和其他人一樣，天文學家也在努力應對當前的各種挑戰。白天照顧孩子、面對系統性的種族主義和政治動蕩、把課堂搬到網上、把會議搬到網上，等等，這些都是至關重要的任務，而且很難在做這些事情的同時去試圖解決深奧的宇宙謎題。

正如新冠肺炎大流行使世界陷入悲劇一樣，天文學之美也能使我們在勝利和喜悅中走到一起

　　遠程操作和自動化望遠鏡，無論多麼不可思議，也只能滿足天文學界各種觀測需求中的一部分。同時研究數以百萬計的天體，或是執行預先計劃好的程序可能也會收到效果，但科學的繁榮也依賴於偶然的發現，需要天文學家忙裡偷閒，來進行一些奇怪的觀測，或者想出一個富有創意的點子。最令我激動的一些研究，包括解釋參宿四亮度的奇怪變化、研究半個宇宙之外新生黑洞的母星系，以及發現一顆支持量子物理學的奇怪新恆星，等等，都是由於觀測計劃在最後一刻的改變而發生的。安全地恢復各種現代形式的全面觀測，對科學進步至關重要。

　　新冠肺炎病大流行在全球範圍內都是前所未有的事件，並悲哀地讓全世界的人們通過悲劇獲得了統一的人類體驗。對我來說，天文學最美妙的地方是，它能夠為人類提供類似的統一時刻。只要看看上個月網際網路上鋪天蓋地的新智彗星（Neowise）圖片，或者第一張黑洞照片公布時全世界的激動反應就知道了。想像一下，如果我們在其他星球上發現了生命，那將是多麼重大的消息。所有這些都代表了全球範圍內的人類勝利，任何能夠見證這些發現的人，都會激動地分享這些勝利。無論是在後院觀星，還是在沙發上看相關的影片，抑或在世界上最偏遠的天文臺觀測星空，都能讓我們有機會在夜空的美麗中找到共同的快樂。（任天）

　　作者簡介：艾米莉·萊維斯克（Emily Levesque）是美國華盛頓大學的天體物理學教授，主要研究大型恆星的物理性質及演變，著有科普書《最後的觀星者》（The Last Stargazers），分享了作為天文學家的人生故事。