來自地球的“宇宙戶籍警”

藍(lán)梓勻

通過大數(shù)據(jù)，人類可以輕松地進(jìn)行戶籍管理。而科學(xué)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們的想象。如今，科學(xué)家們已經(jīng)開始放眼外太空，借助研發(fā)的“宇宙戶籍警”，對滿天星斗查起了“戶口”。

星星的“戶口簿”長什么樣呢？中國科學(xué)院研究員以恒星為例，做出如下解釋：“天文望遠(yuǎn)鏡觀測屏幕上那一排排灰白相間的閃爍條紋就是恒星的光譜。光譜包含了關(guān)于恒星特性的各種信息，能夠揭示恒星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溫度、質(zhì)量和化學(xué)成分，類似于人們的籍貫、住址、年齡、性別、職業(yè)等戶籍信息。如果說漂亮的星云圖是星星的剪影，那么光譜圖就是它們的證件照和戶口簿?！倍坝钪鎽艏钡暮诵娜蝿?wù)就是捕獲各種神秘星體的“戶籍信息”。

郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡：?效率最高的“宇宙戶籍警”

位于河北省興隆縣的郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡，代號為LAMOST，是目前世界上恒星“戶口簿”獲取率最高的“戶籍警”。它的主鏡由37塊邊長1.1米的六角形鏡子拼接而成，能夠主動(dòng)改變鏡片形狀，克服由重力、溫度和風(fēng)力造成的鏡面影響，使“戶口簿”成像更加清晰。直徑1.75米的焦面上分布著4000根光纖（國際上同類設(shè)備僅可容納640根），其自動(dòng)定位系統(tǒng)可以在數(shù)分鐘內(nèi)將光纖按星表位置精確定位，敏銳地捕捉到一些不易察覺的恒星蹤跡。

迄今為止，郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)捕獲了七百余萬顆恒星的“戶籍信息”，比世界上所有已知的光譜巡天項(xiàng)目獲取的數(shù)據(jù)總數(shù)還要多，構(gòu)建了世界上最大的恒星“戶口數(shù)據(jù)庫”。同時(shí)，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)通過它的觀測，還得出了快速射電暴、星團(tuán)中寄生的恒星星族、太陽“超級耀斑”、活動(dòng)星系核中罕見的X射線準(zhǔn)周期振蕩等重大發(fā)現(xiàn)，可謂戰(zhàn)功顯赫。

大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡：?來勢最猛的“宇宙戶籍警”

大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡屹立在智利阿塔卡馬沙漠山巔，代號是LSST，擁有世界上最強(qiáng)大的數(shù)碼相機(jī)，其分辨率高達(dá)32億像素，所拍攝的任意一張星星“戶籍照”都需要1500塊高清電視屏才能展示出來。目前，美國能源部仍在完善它的各類巨型組件。它的相機(jī)和一輛小型汽車差不多大，重量超過三噸，里邊包含一個(gè)能改變過濾器的機(jī)械裝置和大型快門，能夠拍攝比滿月大40倍的夜空區(qū)域，捕捉更多來自昏暗天體的“戶籍信息”。

這位“宇宙戶籍警”每三天便能生成一次南部星空的“戶籍影像”，一次就能完成哈勃太空望遠(yuǎn)鏡需要花120年才能完成的工作。它能幫助天文學(xué)家追蹤數(shù)以億計(jì)的星際“逃亡者”、觀看星系碰撞以及恒星的出生與死亡過程。

據(jù)科學(xué)家估算，大口徑全景巡天望遠(yuǎn)鏡在10年內(nèi)已經(jīng)探測過幾百億個(gè)星體，每年還會(huì)檢測到25萬顆超新星，并將迄今為止數(shù)量最多的恒星以及觀測到的星系按目錄進(jìn)行分類，所以稱其為“來勢最猛的宇宙戶籍警”毫不為過。

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡：?耐力最強(qiáng)的“宇宙戶籍警”

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡守衛(wèi)在“人類不可接近之極”——南極大陸的最高點(diǎn)冰穹A，是史上耐力最強(qiáng)的“宇宙戶籍警”。它體長2.4米，焦距長度1867毫米，是我國自主研發(fā)的全自動(dòng)無人值守望遠(yuǎn)鏡，也是目前在南極運(yùn)行的最大口徑光學(xué)巡天望遠(yuǎn)鏡。它裝備了目前世界上最大的單片電荷耦合器件，能一次觀測到9個(gè)太陽大小的天區(qū)，24小時(shí)就可覆蓋整個(gè)天空。

南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡的工作地點(diǎn)海拔高度為4091米，年平均氣溫是零下56攝氏度，平均溫差高達(dá)120攝氏度。在這種環(huán)境下使用的光學(xué)儀器，通常會(huì)面臨兩大技術(shù)難點(diǎn)：一是當(dāng)溫度快速升高時(shí)，鏡面會(huì)結(jié)霜;二是當(dāng)溫度變化大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的熱變形，尤其是光學(xué)元件的熱變形，近而會(huì)降低光學(xué)成像的質(zhì)量。而南極亮星巡天望遠(yuǎn)鏡不僅完美地攻克了這兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，還充分利用南極大氣視寧度小、透過率高和邊界層低等地理優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了長達(dá)數(shù)月的連續(xù)觀測，成功獲取了Ia型超新星以及HAT-P-3b、HAT-P-12b等銀河系外行星源的“戶籍信息”，為科學(xué)家們研究超新星、宇宙暗能量以及搜尋系外行星和變星提供了強(qiáng)大支持。

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡：?視野最廣的“宇宙戶籍警”

與其他在地球上工作的“宇宙戶籍警”不同，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡被安裝在距離地球160萬千米遠(yuǎn)的軌道上。它一面圍繞太陽軌道運(yùn)行，一面開展星際“戶口調(diào)查”，成為視野最廣闊的“宇宙戶籍警”。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡號稱史上最大的太空望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)它置身于太空時(shí)，既不會(huì)受到太陽光和熱量的侵襲，又可以避免來自地球和月球反射光的干擾。它身上裝備的18面六方反射鏡，可以接收大量紅外光，幫助科學(xué)家更清晰地觀察太空。

2016年11月，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡由美國宇航局修建完工，還需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的機(jī)械測試之后它才能在軌道上執(zhí)行艱巨的任務(wù)。屆時(shí)，科學(xué)家們將通過它反饋回來的星星“戶口簿”，研究宇宙中誕生的第一代恒星和星系，分析附近系外行星的可居住性。

隨著一顆顆神秘星體的“戶口”被曝光，宇宙的神秘面紗也正被悄然揭開。相信在不久的將來，會(huì)有更多的“宇宙戶籍警”涌現(xiàn)出來，大顯神通，為我們揭示更多太空的奧秘。