天文學家是如何工作的?

2020-12-04 百家號

在夏威夷莫納克亞峰的望遠鏡上,保持整晚工作可不是件容易事。在4000多米高的山上,你只能獲得相當於海平面60%的氧氣,這讓集中精力成了一件難事,難上加難的是我們的工作時間是晚上的6:30到第二天早上6:30,對於外行人而言很難想像天文學家是怎麼這樣經年累月的堅持工作。還好,我們並不一直都這樣。

電影電視裡的天文學家似乎都是在望遠鏡裡生活,日復一日的在夜幕降臨之時仰觀星河記錄數據。事實上,大多數的天文學家觀星的時間並不長。你看我(原作者),讀博士的這兩年裡我每年只花五個星期觀察星空。要是你想問為什麼不多花點時間去望遠鏡上觀察,回答也很簡單:資源有限。

哪怕只是造一個現代化的地基兩米級別望遠鏡也要花上數百萬美元。花錢的地方不僅是望遠鏡本身,還有外圍保護和儲藏運作望遠鏡的建築物,以及建築物裡用於協調觀察和運轉的各種儀器,當然還要支付運轉和維修人員的薪水。世界上的天文學家可比能用的望遠鏡多,所以大家只能申請天象臺的觀察時間來取得他們所需的數據。

每個觀測臺都有一個「觀測時間分配委員會」(Time Allocation Committee),他們會審查每個季度提交上來的觀測請求,從中挑選出值得觀測的好項目,讓機器用的其所。身為一個天文學家,我的任務就是想方設法說服分配委員會:我的觀測目的對於整個科技界很重要,重要到足以請求他們的望遠鏡使用時間。考慮到最終能說服委員會的天文學家們數量以打計,每個人能用的時間就不多了。

唉,如果觀察後不用做數據處理,那做天文學家簡直是太棒了。一年的大部分日子裡,我們都得把從天文臺回來帶回來的原始數據處理成能被解讀的有用數據,想想苦逼的攝影師會在照完照片後花費無數時間埋頭做降噪,磨皮,提亮等等後期,你就知道我們的生活了。

天文學家都有一個相同的任務,就是去除大氣,望遠鏡和所使用設備所產生的幹擾,從而確保他們最終用來分析的數據都是乾淨的。取決於數據的類型,修正步驟會花上幾天到幾周不等。好比說,上方的原始圖片中人為影響和模糊的部分會影響分析於是我們做了13個獨立的降噪步驟將圖片修正到下面的狀態。哦,當然嘍,普通人可能並不覺得上下的圖片有什麼太大的區別。

當然,調整和修正數據並不算完。就說我現在的研究吧,我正在研究的恆星距離我們比較近,除了更年輕一些(這些恆星的年齡都在百萬年級別,和太陽的數十億年的年齡比起來年輕很多了),和太陽在大小與溫度上都差不多。我正試圖測量如果這些恆星附近有木星大小天體圍繞運動時恆星自身「擺動」的情況。問題是我不能確信這些恆星們有衛星,所以我只我盡我所能計算看看觀察到的結果是不是能符合我的預期。這種計算要靠跑程序,這種程序要不就是我自己寫的要不就是從已有別人的程序中七拼八湊過來。天文學家可真像程式設計師,要說有區別就在於我們的程序目標更明確。

嗯,假如,假如我在我那年輕的太陽身上確實找到了點什麼,只可惜不是我想要的結果。也許是我找到的行星信號有些奇怪,那我就要看看問題到底出在哪。這個找錯誤的部分一般稱為「數據解讀」,我就需要發揮我天文學家的知識積累和物理學原理來解釋我的數據。我當然不會一個人幹這種活,通常會有一個小隊的天文學家一起來討論這些獲得的數據到底表達了什麼含義。小隊的成員可能就是天天見面的同事,不過大多數情況下小隊的成員會遍布世界各地,而我們彼此之前從未見過面。

一旦你確信你的發現有很高的置信度,就該寫篇論文讓世人知道你的成果了。在合作者間寫稿和重審的過程會花上數周,而同行評議直到最終刊發甚至要花上數月。出席相關會議,讓更多同行了解你的工作也是很重要的,這樣他們才能以自己的專業經驗給你反饋。會議總是相當重要的,尤其當與會者平時都散落在這個星球的各個角落時,這一點看起來就尤為突出。

我有說過工作之外的天文學家是什麼樣的嗎?我個人是個舞痴,以前喜歡搖擺舞,莎莎舞,現在是探戈;我還在學院的合唱隊裡有一席之地;也曾經參與過水下曲棍球的運動。我了解的其他天文學家也都身懷隱藏屬性,有些是藝術家,活動家,嚴謹的廚師,烤麵包師,還有武術家和作家。你看,我們這群人,仰望星空也腳踏實地。

(作者:Nicole Estefania Cabrera Salazar;翻譯:蘿蔔頭;via IFLscience)

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