在大山边、远离人群的地方,支起几口“大锅”,它们像朝着太阳的向日葵,终日面向天空。聆听“天籁”就是它们的主要作用:坐标地球,张开“双耳”,去捕捉宇宙起源的“声音”——
日前,位于我国新疆哈密的科学项目“天籁”实验,通过平方公里阵列天文台认证,入选平方公里阵列射电望远镜(SKA)“探路者”。
又一个科学大装置,人类离宇宙探索进程又进一步?记者联系到天文领域科普专家、全国科普先进工作者曹林,解读“天籁”背后的科学原理。
射电望远镜
是一个大型“收音机”
据相关媒体报道,“天籁”一词,来源于庄子的《齐物论》,意为宇宙万物自然之声,“天籁”实验探测宇宙重子声波,由此得名。
天籁项目由中国科学院国家天文台主持建设,目前已建成的,是两种构型的望远镜阵列:一个由3个柱面反射面天线组成的柱形射电阵列和由16个抛物面天线组成的碟形射电阵列。
它们的类型属于“射电望远镜”,并且“排兵布阵”,形成了一个较大的阵列。
“射电天文学是一门非常年轻,同时非常具有专业性的学科。”曹林试图用“大白话”介绍射电望远镜的工作原理,但避不开的还是“电磁波”“宇宙大爆炸”“中性氢”等每个都能单独延伸出一门课的天文词汇。
首先从射电开始了解。在电影《宇宙探索编辑部》中,唐志军(角色名)用电视的“雪花点”来接收来自外太空的信号,他对着银幕外的人郑重其事地说:“这不是普通的雪花点,这是宇宙诞生时的余晖。”
“这种说法其实并不准确,老式电视的天线无法简单地接收到宇宙微波辐射,但是人类确实是在无线电活动中,逐渐发现了宇宙存在一个‘背景音’,这是宇宙大爆炸时的能量以微波形式存在的无线电辐射,分布到了整个宇宙当中。”曹林解释道。
“宇宙微波背景辐射就属于一个大爆炸的‘遗迹’,属于射电天文学的典型场景,而射电望远镜就是观测和研究天体射电波的设备。”曹林介绍,无线电和微波以及我们平时所见的光都属于电磁波,地球大气层吸收了来自宇宙的大部分电磁波,只有可见光和部分无线电波可以穿透,因此,天文学中将这些频率在30MHz-300GHz的电磁波称为射电波。
除了宇宙微波背景辐射,射电类天体比如中子星、脉冲星或星云、射电暴都能发出射电信号。曹林表示:“更通俗地讲,射电望远镜更像一个‘收音机’,通过接收不同的信号,可以去发现不同的天体现象,甚至它未来演化的进程。”
地球望远镜
“组团”扫描宇宙
曹林认为,此次“天籁”入选平方公里阵列射电望远镜(SKA)“探路者”,正是对我国先进射电天文技术的一种证明。
“同口径射电望远镜的分辨率远远低于光学望远镜,所以人类会打造口径巨大的望远镜去提高观测的灵敏度。”曹林介绍,“比如中国天眼FAST,它的口径就能达到500多米。在很多科幻小说中,也会利用天体自身去做一个射电望远镜的功能,达成观测目标。”
当现实地理空间不够时,聪明的地球人想到,如果把各种各样的望远镜放在一起,集合数据,排成一个射电望远镜阵列,来获得更多具有科学价值的射电天文数据。
“如果站在宇宙视角,地球只是渺小的一个点。对于我们来说,国和国之间可能拥有遥远距离的射电望远镜,一旦‘组团’,就是突破了地理限制的,更大的地球‘收音机’。”曹林说。
可想而知,当这只地球“巨耳”聆听宇宙,曾经模糊不清的天体势必将变得更加清晰,也将进一步帮助人类认识宇宙和基本物理规律。而此次入选成为“探路者”,天籁实验的相关技术以及最新发现,将为SKA提供新的科学探索机遇,应用到未来的射电望远镜建设中。 本报记者 林辰辰