聽宇宙的聲音

鞠強(qiáng)

“‘天籟這個(gè)名字出自莊子的《齊物論》，是‘宇宙的聲音的意思。我們現(xiàn)在進(jìn)行的‘天籟計(jì)劃，就是為了聆聽宇宙的聲音?！标悓W(xué)雷在他位于國家天文臺(tái)的辦公室接待了我們。與想象中天文學(xué)家的辦公室不一樣，他辦公室中沒有與天文有關(guān)的模型，只是到處都是書，其中很大一部分是關(guān)于信號(hào)統(tǒng)計(jì)分析?！拔覀円紤]怎樣能夠更好地整理分析望遠(yuǎn)鏡‘聽到的信息嘛，”陳學(xué)雷笑呵呵地說。

“天籟計(jì)劃”的目的，是去探測(cè)宇宙的聲音，從而幫助科學(xué)家理解暗能量的性質(zhì)。1998年，珀?duì)栺R特、施密特和里斯等人發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，促使物理學(xué)家提出暗能量的概念以解釋這種現(xiàn)象。但是，暗能量究竟是什么，物理學(xué)家卻一無所知。

科學(xué)家并不能用望遠(yuǎn)鏡直接“看到”暗能量，但可以通過測(cè)量宇宙膨脹速度的變化來探測(cè)它，而射電觀測(cè)則為我們認(rèn)識(shí)暗能量提供了另一個(gè)視角。宇宙中大量分布的氫原子，它們所發(fā)射或者吸收的波長為21厘米的電磁輻射（譜線）是了解宇宙的一個(gè)窗口。隨著宇宙膨脹，這些輻射發(fā)生紅移，波長變長。通過對(duì)各個(gè)不同波長的21厘米譜線進(jìn)行探測(cè)，科學(xué)家可以了解在宇宙大尺度上中性氫原子是如何分布的，從而構(gòu)建出宇宙的圖像。2003年，陳學(xué)雷與合作者首次預(yù)言了宇宙第一代恒星形成時(shí)可以產(chǎn)生21厘米強(qiáng)吸收譜。

2004年陳學(xué)雷回國工作，被聘為國家天文臺(tái)研究員?！拔乙苍诳紤]，是否可以研制專門的射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)21厘米譜線，”這樣他提出了“天籟計(jì)劃”。

計(jì)劃于2012年立項(xiàng)后，陳學(xué)雷帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了艱辛的選址和建設(shè)工作，前后跑了全國一百多處備選站址?！伴_始我們考慮過內(nèi)蒙，離北京近，也有大片空地，但是實(shí)地考察以后發(fā)現(xiàn)那里地形太過平坦、不能很好地屏蔽干擾;我們也去了貴州，但是那里地形復(fù)雜交通很不方便，我們的設(shè)備沒法開車運(yùn)過去，”最終觀測(cè)站建立在了新疆紅柳峽。

2016年，他們建成了望遠(yuǎn)鏡并實(shí)現(xiàn)了初光觀測(cè)。但是，宇宙21厘米信號(hào)探測(cè)難度很大，目前國際上開展類似研究的幾個(gè)團(tuán)隊(duì)都還在努力攻關(guān)，因此，“觀測(cè)站的建成還只是一個(gè)開始”。

今年是阿波羅11號(hào)登月50周年，人類又重新燃起了登月的熱情。對(duì)陳學(xué)雷來說，月球也有著重要的意義。包括“天籟計(jì)劃”在內(nèi)的地面射電望遠(yuǎn)鏡希望觀測(cè)到的21厘米譜線來自宇宙的第一代恒星，而更早期的譜線具有更高的紅移，波長變得非常長。這些超長波來自宇宙大爆炸后尚未形成恒星的“黑暗時(shí)代”，帶有宇宙早期的關(guān)鍵信息。但是這些超長波會(huì)受到地球大氣和各種電磁輻射的干擾，在地面上難以觀測(cè)，所以科學(xué)家選擇進(jìn)行太空觀測(cè)。不過，地球附近的太空中也會(huì)受到地球的各種影響，而月球背面因?yàn)榭梢云帘蝸碜缘厍虻碾姶泡椛涑蔀橐粋€(gè)理想的觀測(cè)位置?，F(xiàn)在，陳學(xué)雷帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行相關(guān)研究，計(jì)劃發(fā)射由若干顆衛(wèi)星組成的超長波天文觀測(cè)陣列。這個(gè)陣列將工作在月球背面的太空中，可以繪制出超長波波段的天圖，幫助我們更好地理解宇宙的演化。

我們常說科學(xué)家是在攀登科學(xué)的高峰，陳學(xué)雷對(duì)此有更深刻的體會(huì)。他曾是北大登山社山鷹社的社員之一，1996年成功登頂海拔6193米的北美洲第一高峰德納里峰。后來，在紀(jì)念山鷹社成立30周年的一本文集中，他回憶了這段經(jīng)歷，并把科研和登山進(jìn)行類比。在他看來，登山之美就在于攀登的樂趣，而科研也正是如此。在這段攀登的路上，一邊欣賞美麗的風(fēng)景，一邊去聽宇宙的聲音。