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            問“中國天眼”|“天空實驗室”里的科學家怎么工作?

            2021-01-25 15:06:28  來源: 新華網

              “中國天眼”身在洼地,但在科學家眼中,它心系深空,是一座“天空實驗室”??茖W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鏡服務于科學實驗呢?

              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,靠的是什么?

              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,用兩個放大鏡自制過光學望遠鏡。望遠鏡就是天文學家了解宇宙的必備工具。但射電望遠鏡不同于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。

              2020年1月9日,工作人員在“中國天眼”總控室內工作。新華社記者 歐東衢 攝

              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、目標是不是在可視范圍內,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復雜得多,要不斷地修正望遠鏡的位置,不斷地瞄準目標,并確保一直命中靶心。

              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“程序員”,用大數據手段實現天地“連線”。

              2020年1月9日,工作人員在“中國天眼”總控室內工作。新華社記者 歐東衢 攝

              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,我們在物理實驗室里做實驗,結果都能驗證定律為真。在“天空實驗室”里呢?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、脈沖星等)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,后人如何驗證呢?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。

              “中國天眼”2017年10月10日對外宣布新發現的1號脈沖星示意圖。(中科院國家天文臺供圖)

              在“天空實驗室”里,天文學家除了重復繁瑣的觀測、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。

              文字:齊健

              視頻:劉勤兵、齊健、汪強

              海報拍攝:劉續

              海報制作:齊健、汪強

              視覺/編輯:金地

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            [責任編輯: 鄧嫻 欒小琳]

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